Система воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице
DUCT SYSTEM FOR CREATING FAVORABLE CONDITIONS FOR GROWING PLANTS IN A GREENHOUSE

Изобретение относится к области растениеводства в закрытом грунте, а именно к средствам обогрева и увлажнения почвы и охлаждения воздуха в теплицах.
Известны системы воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице, направленные на максимальное использование солнечной энергии при выращивании растений в закрытом грунте (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №192539, A01G 9/14, опубл. 06.11.1967; Солнечный вегетарий Иванько А., Калиниченко А., Шмат Н., Киев, Анфас. 1996; https://teplica-exp.ru Строительство теплицы Солнечный вегетарий Иванова, опубл.: 05.09.2019.)
Солнечный вегетарий снабжен системой воздуховодов, которая собрана из множества, предпочтительно, пластиковых труб, проложенных под грядками между задней стенкой вегетария (северной) и передней, где трубы по отдельности выведены из земли на высоту 0,2-0,3 метров. На задней, капитальной стене вегетария трубы собраны в коллектор, из которого выведен общий воздуховод, оснащенный вентилятором. Во включенном состоянии вентилятор прокачивает воздух вегетария в воздуховодах под грядками от передней стенки до задней по всей площади вегетария.
Днем воздух в верхней части вегетария может сильно нагреваться, почва же греется только на поверхности, если это не летний период. При включенном вентиляторе теплый воздух вегетария, проходя по трубам, отдает тепло почве и возвращается из системы воздуховодов в основное помещение вегетария уже охлажденным. Почва же прогревается на значительную глубину. Ночью воздух остывает, но прогретая почва отдает тепло, в результате температура в вегетарий может оставаться допустимой для растений и не требовать дополнительного подогрева. Летом ситуация меняется. В сильную жару почва прогревается гораздо быстрее и уже не успевает охлаждать проходящий по трубам воздух. Поэтому на время дневной жары вентилятор включают на выдув воздуха из вегетария в атмосферу. Обычно при вентиляции теплиц с помощью форточек практически вся влага уходит через них при проветривании. Но система воздуховодов вегетария во многом позволяет избежать этого. Влага из проходящего по трубам в земле воздуха конденсируется на стенках прохладных труб и через перфорацию в нижней части этих труб попадает в почву к корням растений.
Недостатком такого классического вегетария является то, что забор в воздуховоды воздуха, который в этом сооружении при нагреве солнцем поднимается наверх, осуществляется не в самых высоких местах вегетария, где наиболее горячий воздух, а через трубы с входом всего в 0,2-0,3 метрах от земли. Это значительно снижает эффективность нагрева почвы, концентрации воды на стенках труб и охлаждения воздуха в вегетарий.
Наиболее близкой к предлагаемой является система воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице, содержащая воздухозаборник, расположенный в верхней части теплицы, который снабжен воздухораспределительным узлом, соединенным с надпочвенными воздуховодами, сообщающимися с перфорированными почвенными воздуховодами с выходными патрубками, и устройство прокачки воздуха, (описание полезной модели к патенту RU 201297, A01G 9/24, опубл. 08.12.2020. Бюл. №34).
Система воздуховодов снабжена воздухозаборником, расположенным в верхней части теплицы в зоне горячего воздуха в районе одной из торцевых стенок теплицы. Из этого воздухозаборника горячий воздух поступает через надпочвенные воздуховоды в почвенную (подземную) часть системы, которая состоит из двух воздуховодов, по одному длинному воздухопроводу на всю длину грядки. Оба воздуховода снабжаются горячим воздухом из одного воздухозаборника.
Недостатком этой системы является то, что горячий воздух из верхней части теплицы забирается только в одной точке (в районе одной из торцевых сторон теплицы) и используется для нагрева и увлажнения всей используемой площади грунта (грядки теплицы по ее всей длине), что снижает эффективность работы системы воздуховодов теплицы. Поднимающийся наверх нагретый солнцем воздух собирается в зоне под крышей теплицы по всей длине, что не используется в полной мере. Применяется один вентилятор, расположенный в районе заборной части устройства в одном из торцевых концов теплицы, который засасывает окружающий воздух, причем не только самый горячий, при этом горячий - в ограниченном объеме, особенно если теплица имеет значительную длину.
Горячий воздух, проходящий по таким длинным почвенным воздуховодам на всю длину грядки из одного источника, существенно охлаждается в почве и в конечной части воздуховода эффективность нагрева и увлажнения грунта падает. В результате имеет место неравномерный нагрев грядок.
Технической задачей изобретения является создание системы воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице, позволяющей наиболее эффективно использовать солнечную энергию для роста урожайности растений за счет более равномерного обогрева и увлажнения почвы и общего охлаждения воздуха в теплице.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемой конструкцией, является повышение эффективности и урожайности теплиц за счет сбора горячего воздуха по всей длине теплицы, доставки его в подземную часть системы с двух противоположных направлений, и выхода охлажденного воздуха в средней части теплицы и создания прослойки охлажденного воздуха, отделяющей растения от горячего воздуха верхней части теплицы.
Технический результат достигается тем, что в системе воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице, содержащей воздухозаборник, расположенный в верхней части теплицы, который снабжен воздухораспределительным узлом, соединенным с надпочвенными воздуховодами, сообщающимися с перфорированными почвенными воздуховодами с выходными патрубками, и устройство прокачки воздуха, в отличие от известной, воздухозаборник снабжен дополнительным воздухораспределительным узлом, соединенным с дополнительными надпочвенными воздуховодами, при этом воздухозаборник выполнен в виде расположенного по всей длине теплицы воздуховода с перфорационными отверстиями, а воздухораспределительные узлы расположены на его противоположных сторонах, при этом каждый почвенный воздуховод состоит из двух отдельных частей, входы которых сообщаются с надпочвенными воздуховодами, выходы с' выходными патрубками расположены в средней части теплицы, а устройство прокачки воздуха в теплице выполнено в виде вентиляторов, которые установлены на выходных патрубках и снабжены устройствами формирования горизонтальных веерных струй.
Устройство формирования горизонтальных веерных струй может быть выполнено в виде насадка с радиальным круговым выходом, ограниченным по секторам или в виде плоского щелевого сопла.
Перфорационные отверстия воздухозаборника могут быть выполнены в его верхней полусфере или по всей его поверхности.
Изобретение поясняется фигурами, на которых изображены: фиг. 1 - общий вид предлагаемой системы воздуховодов, фиг. 2 - вид на фиг. 1 сверху, фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Система воздуховодов для создания благоприятных условий выращивания растений в теплице (фиг. 1) содержит воздухозаборник 1, расположенный в верхней части теплицы, который выполнен в виде расположенного по всей длине теплицы воздуховода с перфорационными отверстиями 2. Воздухозаборник может быть изготовлен, например, из труб ПВХ с диаметром 160-200 мм. Перфорационные отверстия 2 воздухозаборника 1 могут быть выполнены в его верхней полусфере или по всей его поверхности. Отверстия 2 могут быть выполнены диаметром 10-15 мм с убранными кромками отверстий на внешней поверхности для отбора самого горячего воздуха. Шаг перфорации может составлять, например, 100 мм с равномерным расположением по пять отверстий в ряд в плоскостях, перпендикулярных оси воздухозаборника. Воздухозаборник 1 может крепиться к элементам каркаса теплицы.
Воздухозаборник снабжен двумя воздухораспределительными узлами 3, которые расположены на противоположных концах воздухозаборника 1 и сообщаются с надпочвенными 4 воздуховодами диаметром, например, 110 мм. Каждый воздухораспределительный узел 3 сообщается, по меньшей мере, с двумя надпочвенными 4 воздуховодами, которые, в свою очередь, сообщаются с перфорированными по всей длине почвенными 5 (подземными) воздуховодами, снабженными вертикальными выходными патрубками 6.
Почвенные 5 воздуховоды (подземная часть системы) могут быть расположены в грунте по всей длине грядок 7 в зоне корней растений на глубине 0,3-0,4 м и иметь диаметр, например, 110 мм. При этом каждый почвенный 5 воздуховод по длине грядки 7 состоит из двух отдельных частей, входы которых сообщаются с надпочвенными 4 воздуховодами. Количество почвенных 5 воздуховодов зависит от ширины и количества грядок. Перфорационные отверстия 8 почвенных 5 воздуховодов расположены по всей их длине.
Выходные патрубки 6 почвенных 5 воздуховодов расположены в средней части теплицы и выступают над почвой (поверхностью грядки) на высоту от 1,3 до 1,5 м. При высоте меньше 1,3 м сквозняк, создаваемый от их работы, будет вредить растениям и ухудшать условия выращивания, при высоте больше 1,5 м неудобно обслуживать вентиляторы.
На выходных патрубках установлено устройство прокачки воздуха по воздуховодам, которое выполнено в виде вытяжных вентиляторов 9, снабженных устройствами 10 формирования горизонтальных веерных струй. Эти вентиляторы легко устанавливаются, обслуживаются и заменяются, что обусловлено хорошей к ним доступностью. Устройство 10 формирования горизонтальных веерных струй, может быть выполнено, например, в виде насадка с радиальным круговым выходом, ограниченным по секторам или плоского щелевого сопла.
Устройство работает следующим образом.
При работе вентиляторов 9 воздухозаборник 1 собирает самый горячий воздух под крышей теплицы практически по всей ее длине в самой высокой части, что увеличивает массу горячего воздуха, доставляемого в подземную часть системы с двух направлений, а значит и ее эффективность. Направление движения воздуха показано стрелками на фиг. 1-3. Более интенсивный отвод воздуха из верхней горячей зоны способствует более эффективному охлаждению воздуха теплицы в целом. Далее горячий воздух из воздухораспределительных Узлов 3 через надпочвенные 4 воздуховоды поступает в перфорированные почвенные 5 воздуховоды. Далее горячий воздух, проходя по перфорированным почвенным воздуховодам, расположенным в грунте в зоне корней растений на глубине 0,3-0,4 м по всей длине грядок, нагревает их. Через сквозные отверстия почвенных 5 воздухопроводов в почву проходит образующийся в увеличенных количествах, обусловленных увеличением в трубах массы горячего воздуха, конденсат, интенсивнее увлажняя почву. Предлагаемая система воздуховодов не обогревает абсолютно всю площадь теплицы, а обогревает и увлажняет только грунт в глубине грядок в районе корней растений, что значительно повышает эффективность использования тепла горячего воздуха для повышения урожайности растений.
Почвенные 5 воздуховоды, состоящие из двух частей, снабжаются горячим воздухом из двух противоположных воздухораспределительных узлов 3, обеспечивая более эффективный и равномерный нагрев грунта, что дает более благоприятные условия для растений. Каждый почвенный 5 воздуховод снабжается горячим воздухом одинаково.
Вентиляторы 9 равномерно прокачивают воздух по всей системе, начиная с забора горячего воздуха в воздухозаборник 1, размещенный под крышей теплицы в самой высокой части, через почвенные 5 воздуховоды, где воздух охлаждается и выходит далее через вентиляторы 9 в саму теплицу. Более интенсивный отвод воздуха из верхней горячей зоны и выпуск из системы охлажденного воздуха способствуют более эффективному охлаждению воздуха теплицы в целом.
Горизонтальные веерные струи из вентиляторов 9 преимущественно направлены от центра к торцевым стенкам теплицы, таким образом, что практически по всему ее пространству в совокупности образуют прослойку охлажденного воздуха, отделяющую растения от горячего воздуха верхней части теплицы. Это создает для растений более благоприятные и комфортные условия, что увеличивает урожай.
Примеры использования предлагаемой системы для наиболее популярных вариантов размещения грядок.
Пример. 1.
Для популярной теплицы с размерами 3×6 м и расположением грядок: две широкие грядки шириной 90 см с проходами - система воздуховодов содержит два воздухораспределительных узла, расположенных в противоположных концах воздухозаборника, четыре надпочвенных воздуховода на каждую грядку и по два ряда почвенных воздуховода на каждую грядку. Каждый почвенный воздуховод состоит из двух отдельных частей, снабжаемых горячим воздухом из двух противоположных концов воздухозаборника, что обеспечивает более равномерный и интенсивный нагрев почвы-грядок..
Пример 2.
Для теплицы с размерами 3×6 м и расположением грядок: три узкие грядки шириной 60 см, с двумя проходами - система воздуховодов содержит два воздухораспределительных, узла, расположенных в противоположных концах воздухозаборника, шесть надпочвенных воздуховодов, и по одному почвенному воздуховоду на каждую грядку. Для узких грядок достаточно по одному почвенному воздуховоду на каждую, при этом каждый почвенный воздуховод разделен на две части.
Пример 3.
Для теплицы с размерами 3×6 м с одной дверью и расположением грядок: три узкие грядки шириной 60 см, с двумя проходами и дополнительной грядкой, соединяющей крайние боковые грядки - система воздуховодов- содержит два воздухораспределительных узла, расположенных в противоположных концах воздухозаборника, шесть надпочвенных воздуховодов и по одному почвенному воздуховоду на каждую грядку. Для узких грядок достаточно по одному почвенному воздуховоду на каждую, при этом каждый почвенный воздуховод разделен на две отдельные части.
Таким образом, предлагаемая система воздуховодов легко может использоваться для любых вариантов расположения грядок в теплице, может свободно трансформироваться изменением количества и положения воздухораспределительных узлов, надпочвенных и почвенных воздухопроводов.
Воздухозаборник, собирающий основную массу горячего воздуха через перфорацию под крышей теплицы, позволяет реализовать дополнительные входы в подземную часть системы в требуемом количестве по всей ее длине, что дополнительно позволяет создать разнообразные условия для зон теплицы для разных растений, а также удобные гибкие отводы горячего воздуха по потребности для мобильных отапливаемых объектов.
Предлагаемая система воздуховодов может не только использоваться на различных типах теплиц, но и устанавливаться как на новые теплицы, так и уже эксплуатируемые, что даст значительный рост урожайности выращиваемых растений и большой экономический эффект при ее внедрении.
Предлагаемая система воздуховодов отличается гибкостью и универсальностью, большими возможностями регулировки и трансформации, подходит практически для всех, типов теплиц с различными расположениями грядок, имеет дополнительные возможности в использовании применительно к разным зонам теплицы с отдельными видам растений и их особенностями.