Солнечный обогрев подпочвенного слоя при высоком стоянии грунтовых вод Девяткина В.Д.
DEVYATKIN SOLAR HEATING OF SUBSOIL IN HIGH GROUNDWATER LEVEL

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для тепловоздушной мелиорации подпочвенного слоя полей путем круглогодового обогрева их при помощи солнечного излучения и предназначено для полеводства и огородничества.
Известна «Теплица траншейного типа», описанная в патенте RU 2127036 С1, состоящая из траншеи со светопрозрачным покрытием и полых стержней с перфорированной поверхностью.
Недостатком его является то, что ее сложно применить для полей.
Известно «Устройство для обогрева почвы», описанное в патенте RU 2651276 С1, состоящее из солнечного коллектора, системы теплообменников и системы циркуляции воздуха.
Недостатком устройства является затруднение его применения на
поле.
Устройств, позволяющих использовать солнечное тепло для обогрева подпочвенного слоя при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод на полях, не выявлено.
Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего обогревать подпочвенный слой и насыщать его теплым воздухом (аэрация) при временном или постоянном высоком стоянии грунтовых вод в течение года, поднимая ежегодно среднегодовую температуру почвы.
Техническим результатом изобретения является новое свойство, а именно: возможность в условиях кратковременного подтопления под почвенного слоя, производить его тепловоздушный обогрев, а при снижении уровня грунтовых вод насыщение подпочвенного слоя теплым воздухом, кроме того позволит ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияния погоды на урожайность сельскохозяйственных культур.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что в почве (по принципу вытяжной вентиляционной системы) устанавливают два и более трубопровода один из которых является герметичным и водонепроницаемым, а другой с воздухопроницаемыми стенками. Трубопроводы имеют уклон по отношению к горизонтальной плоскости или их середина находится выше концов, причем герметичный водонепроницаемый трубопровод находится ниже трубопровода с воздухопроницаемыми стенками, а на концах трубопроводов находятся камеры обогрева воздуха. Концы трубопроводов, из которых выходит нагретый воздух, соединены вместе. При кратковременном высоком стоянии грунтовых вод герметичный водонепроницаемый трубопровод может находиться внутри трубопровода с воздухопроницаемыми стенками.
На фиг. 1 - изображена схема устройства; на фиг. 2 - изображена схема расположения теплопроводящего и аэрирующего трубопроводов при постоянном высоком уровне грунтовых вод, вид 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - изображено устройство трубопроводов при постоянном высоком уровне грунтовых вод, сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - изображен вариант расположения теплопроводящего и аэрирующего трубопровода при кратковременном высоком стоянии грунтовых вод; сечение А-А на фиг. 2.
Устройство состоит из двух подземных трубопроводов, один из которых является водонепроницаемый теплопроводящий 1 (например, с гофрированной поверхностью, для лучшей теплопередачи), а второй аэрирующий (воздухопроницаемый) 2 с отверстиями 3 в стенках. При высоком стоянии уровня грунтовых вод 4 водонепроницаемый теплопроводящий трубопровод 1 находится в зоне стояния грунтовых вод 4, а аэрирующий трубопровод 2 располагается над уровнем грунтовых вод 4. При кратковременном подтоплении почвы водонепроницаемый теплопроводящий трубопровод 1 устанавливается внутри аэрирующего трубопровода 2. Водонепроницаемый теплопроводящий трубопровод 1 укладывается с уклоном к горизонтали в конце, которого установлена емкость 5 для сбора и откачки конденсата (воды), или с двумя уклонами и двумя емкостями 5 для удаления конденсата. Всасывающие концы трубопроводов 1 и 2 накрыты нагревательной камерой 6, в которой через южную светопроникающую стенку солнцем 7 производится нагрев воздуха, поступающего в трубопроводы 1 и 2. Вытяжные концы трубопроводов 1 и 2 соединяются вместе, и на них помещается диффузор 8. В месте соединения труб 1 и 2 устанавливается патрубок 9, входящий в камеру 10, в которой, солнцем производится нагрев воздуха, который поднимается по соединению труб 1 и 2, диффузору 8 и вытягивает нагретый воздух из камеры 6.
Устройство работает по типу вентиляционной системы следующим образом.
По первому варианту при кратковременном поднятии грунтовых вод в весеннее время или во время летних ливней, водонепроницаемый теплопроводный трубопровод 1 помещают внутри аэрирующего трубопровода 2. При затоплении грунтовой водой аэрирующего трубопровода 2 через отверстия 3, воздух, нагретый солнцем в камере 6, проходит через водонепроницаемый теплопроводный трубопровод 1, нагревая воду и соответственно грунт с почвой, находящейся над трубопроводами, это позволяет повысить теплопередачу от воздуха через стенки водонепроницаемого теплопроводного трубопровода 1 к воде и грунту. При снижении уровня грунтовых вод и освобождении полости аэрирующего трубопровода 2 (вода через отверстия 3 уходит в грунт) нагретый воздух из камеры 6 всасывается и проходит по двум полостям трубопроводов 1 и 2, при этом происходит аэрация грунта проходящим нагретым воздухом через отверстия 3. В камере 10 нагретый солнцем 7 воздух, поднимаясь через патрубок 9, по соединению труб 1 и 2 и выходит через диффузор 8, вытягивая нагретый воздух из камеры 6 через трубопроводы. Таким образом, происходит передача тепла в грунт.
При прохождении воздуха через трубопровод 1 возможно накопление конденсата (воды), который может перекрыть полость и препятствовать прохождению воздуха, поэтому середина трубопроводов укладывается выше их концов или с уклоном в одну сторону (в зависимости от рельефа поверхности). На концах устанавливаются емкости 5, в которые стекает вода (конденсат), которую периодически откачивают, например, вводя в полость трубопровода 1 шланг от водяного насоса.
По второму варианту при преобладающем высоком стоянии грунтовых вод 4 аэрирующий трубопровод 2 располагают выше уровня грунтовых вод 4, а водонепроницаемый теплопроводный трубопровод в зоне стояния грунтовых вод 4. В этом случае нагретый воздух идет по аэрирующему трубопроводу 2 (насыщая грунт воздухом) и по водонепроницаемому теплопроводному трубопроводу 1, при этом теплопередача происходит на большее расстояние от оси трубопроводов за счет большей, чем у грунта теплопроводности воды.
Функционирующее устройство позволяет в течение года: весной раньше отогреть почву, за лето и осень повысить температуру в почве, в результате почва позже и меньше заморозится. На следующий год к весне температура почвы будет выше, чем на других полях, т.е. произойдет накопление тепла в почве. Возможно, что через несколько лет почва совсем не будет промерзать.
Увеличение температуры почвы на один градус (по исследованиям харьковских ученых) увеличивает урожайность на 6%, а в условиях Нечерноземья подогрев почвы даст больший эффект, кроме того позволит ежегодно накапливать тепло в грунте под почвой, снижая неблагоприятные влияния погоды на урожайность сельскохозяйственных культур.
Такое конструктивное решение позволяет сделать устройство простым, регулируемым и эффективно действующим.