МОДУЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И КОНСТРУКЦИЯ ГИДРОПОННОЙ УСТАНОВКИ СМЕШАННОГО ТИПА ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОЗЕЛЕНЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Модульный элемент и конструкции для гидропонной установки смешанного типа для вертикального озеленения относятся к числу устройств для размещения в помещении и на улице, позволяющих производить высадку растений и последующий их рост в вертикальном состоянии
Уровень техники
Наиболее близкий прототип модульного элемента был описан в патенте автора №76774 «Мхово-торфяной блок (варианты) и гидропонная установка на их основе» Вертикальное озеленение довольно распространено в мире, это, прежде всего, конструкции Патрика Бланка, созданные на системе чистой гидропоники - питательный раствор поступает к корням растений с определенной периодичностью (несколько раз в сутки). Роль грунтов выполняют пластины из полимерного материала, по каппилярам которых подается питательная смесь. Или это конструкции из пластика с карманами для высадки растений (распространено в Скандинавии), заполненными керамзитом., которые с определенной периодичностью наполняются питательным раствором. Также есть варианты систем, где роль грунта выполняет нетканое геополотно. Мы перечислили устройства чистой гидропоники. Они получили широкое распространение в мире - Франция, Англия, Голландия, Мексика, Япония, Корея. В Европе также распространены стены из блоков мха сфагнума, отличающегося своим гидроаккумулирующими свойствами. Это наиболее близкая к представляемой технология. Эти стены также можно рассматривать, как конструкции гидропонных систем смешанного типа. Каждый производитель использует свои технологии.
Анализ наблюдений за проблемами создания вертикальных зеленых стен и ухода за растениями позволил создать оригинальную гидропонную установку смешанного типа, отличающуюся по своим конструктивным особенностям. Установка состоит из модулей. Установка может быстро монтироваться и демонтироваться, что позволяет ее использование в районах с резкими сезонными перепадами температуры. Блоки многоразового использования. Засадка блоков происходит не после монтажа стены, а в каждый блок отдельно. Монтируются блоки, уже засаженные растениями. Конструктивные отличия установки ориентированы на уменьшение трудозатрат по обслуживанию фитостен, создают возможность автономного полива.
Сущность полезной модели как технического решения
1. Гидропонная установка состоит из модулей различных размеров и форм, которые с помощью крепежей подвешиваются на металлические цепи, или тросы, (фигура 2)
Типовые блоки (фигура 1) с размерами 30-40 см (высота - ширина) и 15-20 см (глубина) подвешиваются на цепи, или на тросы за верхние углы металлической рамки. Эти диапазоны размеров выбраны с целью регулировки веса блока - он не должен в самом тяжелом состоянии (с растениями и полностью напитанный водой) весить более 15 кг. При монтаже вес блока не должен быть более 10 кг. При транспортировке в сухом состоянии вес блока составляет порядка 5 кг. Также размер ширины продиктован размерами люминесцентного светильника, используемого для дополнительного освещения растений.
Центр равновесия подвешенных блоков устанавливает их расположение под небольшим углом к вертикальной поверхности стены(Фигура 2), что позволяет создать благоприятные условия для жизни растений. Растения при таком расположении контейнеров приживаются быстрее по сравнению с полностью вертикальной поверхностью. Это положение модуля позволяет каждый блок оснастить светильником (Фигура 1), упрощает систему полива растений.
Такой способ расположения отдельных блоков является новым для вертикального озеленения. Традиционно, если фитостены состоят из блоков, то они устанавливаются один на другой (мховые стены). При поливе при таком размещении блоков вода стекает по вертикальной поверхности, создавая необходимость сбора излишней влаги обслуживающему персоналу. Часть воды стекает с листьев растений при прикорневом поливе (через корень и лист). При опрыскивании наблюдается тот же эффект. Если мох, в котором растут растения, пересох, то сначала надо смочить мох, иначе вода скатывается с вертикального фасада. Чаще всего снизу вертикальные зеленые стены оснащены резервуаром, в который стекает влага. Очистка резервуара предполагает дополнительные трудозатраты. При расположении блоков в нашей модели подобный резервуар не требуется. Излишки воды попадают в нижний угол блока, заполненный керамзитом (Фигура 1, 6). При подсыхании грунта, вода, или питательный раствор из отсека, заполненного керамзитом, поступает к корням растений. Также при поливе происходит экономия воды, что оказывается существенным при значительных площадях вертикальных фитостен. Поверхность пола под висящей гидропонной установкой легко чистится, что позволяет ее размещать в любой части помещения, будь то угол, возле стены, или в центре зала. Позволяет ее активное использование в присутственных местах.
При традиционном размещении блоков после их монтажа невозможно поменять блок, например, с заболевшими растениями. Предлагаемый вариант позволяет снять с цепи любой блок без демонтажа системы.
При размещении на кронштейнах, крепящихся к стене, или потолку, подъемных устройств, цепь, или трос, на который навешиваются блоки, возможно поднимать, или вытягивать на себя. Это позволяет закреплять блоки на поверхности пола, а затем поднимать конструкцию, что особенно важно при поднятии блоков на высоту выше 2,5 метров. Это значимо при наружном озеленении, когда вертикальное озеленение осуществляется выше первого этажа.
2. Каждый модуль (фигура 1) состоит из: пакета из толстого пластика, в котором находится гидроаккумулирующий грунт, торфяных горшочков для высадки растений с различными наполнителями (мох, специальные грунты), системы капельного полива (капельницы, сочащийся шланг), защитного нетканого полотна, предохраняющего от высыпания грунта. Пакет вкладывается в форму, выполненную из пластиковой, или металлической сетки. Боковые стороны формы скрепляются хомутами, или клейкой лентой. Следующим слоем располагается декоративный чехол, выполненный из гидроизолирующей ткани. В конструкции чехла предусмотрены вшивные карманы для размещения шлангов для полива и проводов светильников.. Эти слои находятся между двумя рамками, выполненными из перфорированной оцинкованной стальной ленты. На лицевую поверхность блока крепится, выполненная из пластиковой, или из металлической сетки рамка с выступающими краями. Это служит для декорирования элементов крепежа, шлангов, проводки, светильников. На нижней внутренней стороне выступающей рамки крепится светоотражательная лента, которая служит рассеивателем для светильника, закрепленного на блоке. Крепеж к цепи, или тросу осуществляется через отверстия двойной перфорированной рамки блока.
Гидроаккумулирующий грунт природного происхождения требует дополнительной обработки (в природе на нем ничего не растет). Совместно с нашими партнерами микробиологами мы насыщаем его полезными почвенными микроорганизмами, гуминовыми кислотами, что улучшает жизнедеятельность растений.
3. Система полива. Система полива осуществляется с помощью прикорневых капельниц, или сочащегося шланга. В аналогах, в системах чистой гидропоники, предусматривается полная автоматизация процесса, что по нашим российским условиям не всегда лучший вариант. При описываемой технологии полив может осуществляться не только с помощью подключения к централизованной системе полива, но и автономным способом. Гидропонная установка до 3 метров высоты может поливаться ручной помпой 5-10 литров, что позволяет более оперативное обслуживание фитостен, находящихся, например, в подъездных зонах, в школьных классах и др. Также нами разработаны варианты ручных помп, оснащенных ножным компрессором (применяется для накачки шин), которые в состоянии повысить давление, и, соответственно, производительность помпы. Слегка наклонное положение блоков позволяет их поливать не только с помощью прикорневых капельниц, но и сверху. Скатывания воды не происходит. Вода в этом случае стекает внутрь блока. Если ее количество избыточно, то она скапливается в слое керамзита, заполняя все пустое пространство. Эта ситуация позволяет увеличить промежутки между поливами растений, т.к. при подсыхании гидроаккумулирующего грунта, поставляющего влагу в торфяной горшок со специальным грунтом для конкретного растения, вода поступает из отсека с керамзитом, или другим наполнителем в гидроакуммулирующий грунт через каппилярные волокна, которыми он заполнен. В результате такого состава модуля, мы можем в 4-5 раз увеличить периоды между поливом растений по сравнению с блоками изо мха, или обычного грунта. Размещенные в вертикальном состоянии на ветру и солнце летом, описываемые аналоги высыхают в течении 2 дней. Предлагаемую систему летом на улице, если нет дождей, достаточно поливать раз в неделю. Это позволяет сократить расходы на обслуживание и увеличивает удобство для дачников, приезжающих на свои участки по выходным. Зимой полив в помещениях достаточно осуществлять 1 раз в две недели. Декоративные растения и огородные культуры, высаженные вертикально, удобнее обслуживать в прямостоячем положении.
Большая часть зеленых стен вертикального озеленения поливается с помощью систем чистой гидропоники, которая предполагает с определенной периодичностью (один раз в 4-8 часов) опускать корни растений в питательный раствор. В нашей системе мы используем принципы гидропоники и рост растений в грунтах, поэтому мы называем нашу систему - смешанной.
4. Система освещения. Один из самых важных вопросов, особенно в зимний период, является вопрос дополнительного освещения растений с целью получения хорошего урожая овощных культур и пряных трав, или достижения декоративности комнатных растений, в том числе, привезенных из других климатических зон. Обычно этот вопрос решается размещением потолочных люминесцентных светильников (для декоративных растений), и натриевых светильников для тепличных растений. Светильники размещаются сверху.
Сейчас любители растений размещают растения, требующие дополнительного освещения для цветения, например фиалки, в специальных шкафах, монтируемых к оконному проему, а с другой стороны на каждую полку шкафа прикрепляют светильник. Подобная система снижает инсоляцию помещений, неудобная в обслуживании и неэстетичная.
При дополнительном освещении растений используются определенные правила, о которых надо помнить. Расстояние от лампы до растения может быть 15-50 см в зависимости от скорости роста подсвеченных растений и от того, много ли тепла дает лампа. Увеличивая расстояние в каждые 2 раза, мы уменьшаем количество света в 4 раза. Наше конструктивное решение, заключающееся в размещении светильника на нижней стороне модуля, (Фигура 1) дает возможность освещения лампой, практически не нагревающей пространство (люминесцентные, светодиодные) и освещающее растения на расстояниях 15-25 см. При этом свет от ламп, часть из которых размещается на уровне глаз, в глаза не попадает. Этому способствует лицевая декоративная рамка (Фигура 2), которая не только защищает глаза от света прямой лампы, но и увеличивает освещение растений за счет светоотражательной полосы, закрепленной с внутренней стороны рамки.
5. Система размещения модулей блоков предполагает монтаж цепи, или троса на кронштейн, который крепится к стене, потолку, к забору, металлической решетки и пр. В случае недопустимости крепления к стене, потолку, цепи навешиваются на каркас, выполненный из металлических труб, уголков, профилей. Для каждого ряда блоков (Фигура 2) требуется две цепи, или троса. Технология позволяет создавать фитостены различных форм, размеров, конфигураций. Блоки с помощью крепежей навешиваются на цепи. Блоки могут навешиваться вплотную друг к другу, создавая эффект монолитной зеленой поверхности, а также с промежутками. В промежуток вставляется решетка для ползучих растений. Это создает возможность минимизировать затраты на оформление вертикальных поверхностей. Например, на переносное типовое ограждение мест строительства достаточно 4 блока с лианами (хмель, плющ, каприфоль и пр.), чтобы в теплый период создать зеленую стену, задерживающую пыль, вредные соединения, скрывающую места работ. При создании фитостен высотой более трех метров на конец кронштейна можно закрепить подъемный блок с целью уменьшения трудозатрат по закреплению блоков на цепи и поднятию их на необходимую высоту. Подобная конструкция позволяет осуществлять сезонное вертикальное озеленение в местах с резкой сменой климата за счет быстрого монтажа и демонтажа системы. При этом фасад здания не страдает. Практически все европейские аналоги вертикальных зеленых стен вмонтированы в фасад здания, что значительно усложняет уход за растениями. Эти системы размещают в местах, не предполагающих резких сезонных изменений температуры. В условиях России подобные зеленые стены не приживаются.
6. «Зеленые оазисы» - это минифабрики по рекультивации загрязненных, засоленных почв биологическими методами. Аналогами являются компостные кучи по переработки органических отходов в плодородные грунты. В этом случае модульным элементом являются блоки без чехла и пластикового покрытия, из которых создается своеобразная опалубка диаметром 1-2 м и высотой 1,2-1,5 м (объем необходимый для высадки крупномерного растения). Этот «кратер» заполняется грунтом, подлежащим рекультивации. Туда запускаются почвенные микроорганизмы определенной рецептуры, которая создается микробиологами-почвоведами. Сверху все накрывается черной пленкой. Снаружи блоки засаживаются кустарником. Прикорневой полив и нагретый под пленкой грунт создает оптимальные условия для размножения почвенных микроорганизмов, продуктом питания которых и являются проблемные химические соединения «грязного» грунта. В этой биологической фабрике живые микроорганизмы размножаются и через дно кратера передвигаются к соседним «грязным» почвам, которые являются для них источником питания. Через 3-6 месяцев теплого времени происходит качественное изменение грунта в опалубке, что позволяет высадить туда крупномерное растение с большим количеством листвы, которая после сбрасывания под снегом перепревает, улучшая качественный состав соседней с кратером почвы, куда уже перемещаются полезные микроорганизмы. Почвенные микроорганизмы после того, как переработали «грязные» химические соединения, не умирают - они закукливаются и переходят в состояние спячки. Используются штаммы, выделенные микробиологами из сапропеля - они являются природными и не представляют опасности для экологии. Очень хорошо совмещать этот метод рекультивации почвы с размещением в «фабриках» вермикультур.
7. Этот способ высаживания растений может использоваться для сдерживания наступления пустынь, для создания защиты от ветра, пыли и песка. Все создаваемые для этой цели зеленые полосы (аналоги) обслуживаются на прикорневом поливе - значительная часть воды уходит в песок. Опалубка из блоков с гидроаккумулирующим грунтом высотой 1,2-1,5 метра, увлажняемым капельницами, засаженная снаружи кустарником, уже сразу представляют полосу препятствий. В «кратер» высаживается крупномерное растение, полив которого происходит через созданную из модулей «опалубку». Происходит экономия воды. Создаваемая роща из высоких растений служит хорошей защитной полосой.
2. 3адача, на решение которой направлена заявляемая модель
1. Задача гидропонной установки - создать возможность вертикального озеленения с помощью высадки растений в вертикальном положении и создать значительные площади живых стен. Площадь высаживаемых растений вертикально увеличивается в 16 раз по сравнению с горизонтальной засадкой.
Преимущества полезной модели перед аналогами в ее модульном исполнении. Это дает преимущества при монтаже фитостен. При болезни, или гибели какого-либо растения блок легко снимается для обслуживания без общего демонтажа системы, что особенно важно при создании больших площадей. Вес блока позволяет монтировать его одному взрослому мужчине. При модульном исполнении каждая группа растений (фитомодуль) находится в изолированном блоке, что препятствует заражению растений, находящихся в соседнем модуле. Модули легко можно поменять местами, что создает дополнительные возможности изменения композиционных решений и увеличивает вариативность рисунков живых стен с одними и теми же растениями.
2. Вопрос зимнего дополнительного освещения растений для получения хорошего урожая овощных культур, для создания возможности цветения и увеличения ассортимента декоративных растений в условиях помещений и зимних садов решается максимальным приближением источника света к растениям. Светильник - светодиодный, или люминесцентный крепится к нижней части верхнего блока. Рамочка закрывает светильник с проводами, предотвращает прямое свечение в глаза, оснащена светоотражательной полосой, выполняющей роль рассеивателя, что увеличивает освещенность растений.
3. Полив растений может осуществляться не только автоматическим способом, но и автономным, с помощью ручной, или электрической помпы, что важно при размещении живых стен в удалении от центрального водоснабжения. Подобная конструкция не позволяет образованию излишков воды, которую надо после полива убирать (снижение трудозатрат при обслуживании), а также приводит к экономии воды.
4. Задача при уличном озеленении адаптировать вертикальное озеленение к российским условиям решается возможностью быстрого монтажа и демонтажа блоков и цепей. Блоки с корнями многолетних растений на зимний период складируются штабелями на земле, не требуя особых условий складского хранения. Весной они готовы к использованию
5. Задача - упростить систему монтажа и обслуживания за счет конструктивных особенностей позволит привлечь к вертикальному озеленению значительную аудиторию людей, не имеющих специальных знаний.
6. Гидропонные установки, засаженные растениями, выполняют роль фильтра от пыли, вредных химических соединений, шума, повышают влажность атмосферы, поглощают избыточное тепло, выделяемое летним городом. Разрабатываются фитомодули для засадки блоков. Фитомодуль - это набор растений, сформированный по определенному признаку. Классификации бывают по месту произрастания, по фитонцидным свойствам, по свойствам ремедиации, по декоративности, по психологическому влиянию на различные группы населения, Фитомодули, сконцентрированные в определенном количестве создают терапевтический эффект, что и исследуется с целью создания средств и способов дополнительного оздоровления нации, защиты экологии. Например, для очистки атмосферы комнаты в 20 кв. метров от вредных летучих химических элементов (формальдегиды, ксенон, толуол, тяжелые металлы и пр.) и пыли требуется 20 растений хлорофитумов. Подоконников не хватит, а в образовательных учреждениях вообще запрещено размещать цветы на подоконниках, т.к. это уменьшает инсоляцию. Это количество растений займет 2/3 гидропонной установки (шириной 40 см, высотой 230 см), которая займет 0,12 кв. м помещения.
7. Разработка новых способов предотвращения наступления пустынь, новых способов ускоренной рекультивации загрязненных и засоленных почв
Признаки, используемые для характеристики полезной модели
1. Наличие конструктивного элемента. В качестве конструктивного элемента выделяется модульный блок, описанный выше, а также цепи, или тросы, на которые он крепится.
2. Наличие связи между ними. Блоки соединяются в единую систему с помощью крепления блоков в наклонном положении на цепи, или тросе. Все шланги для капельного полива объединяются в единую систему. Блок оснащен светильником. Проводка и поливочные шланги убираются в карманы защитного чехла, выполненного их гидроизоляционного материала. Концы шлангов для полива и штепсель электропроводки имеют выводы внизу гидропонной установки.
3. Взаимное расположение подвешенных блоков, может быть вплотную, или с промежутками. Это зависит от поставленной задачи и растений, которыми засажены блоки.
4. Модульный элемент выполнен в форме параллепипида. Возможно изготовление модулей любых форм. Геометрия же создаваемых гидропонных установок смешанного типа может быть разнообразной, это и прямые плоские вертикальные поверхности, и цилиндры, и многоугольники.
5. Форма выполнения связи между элементами осуществляется крепежными элементами (металлические и пластиковые хомуты)
6. Параметры и другие характеристики элемента и их взаимосвязь. Одним из основных достоинств гидропонной системы смешанного типа является относительная редкость полива, что добивается особенностями гидроаккумулирующего материала-наполнителя блока, наличием в блоке резервуара с керамзитом, или другим наполнителем для избыточной влаги, размещением прикорневых капельниц. Эти особенности позволяют использовать как автоматизированный полив, так и автономный. Особенностью освещения является расположение источника света в непосредственной близости к растениям, и защитой глаз от прямого свечения. Наклонное положение блоков создает ряд преимуществ для растений и обслуживания системы. Размещение модулей на цепях, или тросах, позволяет осуществлять быстрый монтаж и демонтаж системы.
Фитостены, созданные на базе гидропонной установки могут быть неограниченны по габаритам. Гидропонная установка, состоящая из блоков, сама является модулем при создании значительных вертикальных «зеленых» поверхностей.
7. При создании гидропонной установки смешанного типа используется большое количество материалов. Это материалы природного происхождения: гидроаккумулирующие грунты, мох, торфяные горшочки, специальные грунты, биологические удобрения; а также полиэтиленовые пакеты, формы из металлической, или пластиковой сетки, металлические рамочки, выполненные из перфорированной полосы, гидроизоляционный материал для чехла и декорации лицевой рамочки, двухсторонний скотч, трос металлический, цепи металлические, кронштейны металлические, хомуты пластиковые.
8. Гидропонные установки предназначены для высадки растений на вертикальной поверхности в помещениях и на улице. Гидропонные установки выполняют роль фильтров от пыли, вредных химических соединений, шума.
Краткое описание чертежей
1. Фигура 1 - модульный блок гидропонной установки с наполнением. На чертеже представлены все составные части модуля
2. Фигура 2 - Расположение модульных блоков на подвешенной цепи. На чертеже представлен один ряд, из которых состоит гидропонная установка.
Осуществление полезной модели
Применение описываемой полезной модели гидропонной установки смешанного типа имеет очень широкий характер.
1. В помещениях:
- В жилых помещениях
- В образовательных и лечебных учреждениях
- Офисы (возможно создание цветущих межкомнатных перегородок)
- Производственные помещения. Например, на фабрике, выпускающей изделия расписанные палехом, под Нижним Новгородом, художники, создающие лаковые миниатюры, используют рабочее пространство столов на 1/6. Остальное пространство заставлено горшками с цветами, выполняющими роль естественных фильтров среды цеха. Она насыщена летучими соединениями, выделяемыми красками, лаком, клеем. Для размещения этих растений вертикально понадобилось бы на площадь цеха несколько гидропонных установок смешанного типа. Высвобождается площадь, заставленная цветами в 16 раз (столы, проходы, подоконники). Увеличивается площадь для работы, снижаются профессиональные заболевания, улучшается эстетика среды - улучшаются условия труда.
- Подъездные зоны, оформление бассейнов, фитоцентров, комнат релаксации
2. В зимних садах, на утепленных балконах, лоджиях
3. На улице
- Фасады домов
- Заборы.
- Детские площадки
- Временные ограждения
- Стены летних строений
- Фильтры вдоль автомобильных трасс
- «Зеленые оазисы»
- Способ рекультивации загрязненных земель
Материалы, поясняющие сущность полезной модели
рекламный проспект с фотографиями вертикальных стен, выполненных автором.