Способ Девяткина В.Д. тепловоздушного саморегулируемого круглогодового обогрева подпочвенного слоя полей при тепловой мелиорации земель
METHOD OF DEVYATKIN OF HEAT-AIR SELF-REGULATED ALL-YEAR HEATING OF SUBSOIL LAYER OF FIELDS DURING THERMAL LAND RECLAMATION

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.
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 полей до начала сельскохозяйственной вегетации не выявлено.
Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего обогревать теплым воздухом подпочвенный слой полей в зимний и ранневесенний период до начала климатического лета, а также летом.
Техническим результатом изобретения является новое свойство, а именно: возможность круглогодового тепловоздушного обогрева подпочвенного слоя полей.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи достигается тем, что на поле прокладывается кротовый дренаж причем, начало и конец кротовины располагается в борозде, стенка и отвал грунта которой располагается со стороны солнца, причем с одного конца кротовины в борозде установлен всасывающий патрубок с тепловоздушным температурным клапаном, накрытый светопроницаемым экраном, а с другого конца кротовины в борозде установлен накрытый светопроницаемым экраном вытяжной патрубок, соединенный с полостью кротовины, выход которого располагается над светопроницаемым экраном и снабжен дефлектором, причем вытяжной патрубок имеет на наклонном участке воздухопропускные отверстия и герметично соединяется с полостью кротового дренажа. Кротовины внутри выполнены в виде отверстия со спиральными продольными углублениями по стенке, которая укреплена связующим веществом, например цементом. Кротовый дренаж может располагаться выше уровня грунтовых вод или состоять из герметичных труб и располагаться в зоне стояния грунтовых вод. Над кротовым дренажем располагаются каналы распределяющие тепло по площади земель.
На фиг. 1 - изображена схема расположения устройства на поле; на фиг. 2 - изображена схема расположения устройства в вертикальной плоскости, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - изображена схема движения горячего воздуха при открытом всасывающем патрубке, сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - изображена схема расположения деталей при закрытом всасывающем патрубке; на фиг. 5 - изображена схема устройства выходного патрубка, сечение В-В на фиг. 1, на фиг. 6 - изображена схема распределения тепла в грунте, сечение Г-Г на фиг. 2, на фиг. 7 - изображена схема установки светопоглощающей полосы для нагрева воздуха при низком стоянии солнца.
Устройство состоит из кротовин 1 начало и конец которых располагается в борозде 2, одна стенка 3 и отвал грунта 4 которой располагается со стороны солнца, причем с одного конца кротовины 1 в борозде 2 установлен всасывающий патрубок 5 с тепловоздушным температурным клапаном 6, состоящим из упругой герметичной емкости 7 на которую опирается диск 8. В стенках кротовин 1 изготовлены спиральные продольные углубления 9, причем стенки и углубления укреплены связующим веществом, например цементом. С другого конца кротовины 1 в борозде 2 установлен вытяжной патрубок 10, соединенный герметично с полостью кротовины 1. Выход вытяжного патрубка 10 снабжен дефлектором 11, а в стенках патрубка 10 на наклонном участке изготовлены воздухопропускные отверстия 12. Весь всасывающий патрубок 5 и часть борозды 2 закрыты светопроницаемым экраном 13. У вытяжного патрубка 10 светопроницаемым экраном 13 закрыта нижняя часть с воздухопропускными отверстиями 12. Кротовины 1 могут располагаться выше уровня грунтовых вод, при расположении их в зоне стояния грунтовых вод стенки кротовин 1 изготавливаются из труб. Между поверхностью почвы и кротовинами 1 проводятся теплораспределительные каналы 14, проходящие поперек направления кротовин 1.
Устройство изготавливается следующим образом.
На поле бороздоделом или однолемешным плугом проводятся две глубокие борозды 2, причем одна стенка и отвал 4 грунта должны располагаться с южной стороны. Кротователем (описан на стр. 196, Б.С. Маслов, Е.П. Панов, А.И. Мурашко и др. «Мелиорация и водное хозяйство. 3. Осушение»: Справочник \ Под ред. Б.С. Маслова. - М.; Агропромиздат, 1985. - 447 с., ил.) со дна борозды 2 через поле проделывается кротовина 1 с выходом отверстия на дне другой борозды 2. На одном из выходов кротовины 1 (желательно южном и более низком по рельефу) в отверстие вставляется всасывающий патрубок 5 с установленным моментом открытия (например, +20 градусов). Над патрубком 5 расстилается светопроницаемый экран 13 (например, прозрачная полиэтиленовая пленка), края которого плотно прижимаются к почве. Для улавливания потока солнечного сияния при низком положении солнца над горизонтом, на дно борозды устанавливается полоса 15, возвышающаяся над поверхностью поля. На втором выходе кротовины 1 в отверстие герметично вставляют вытяжной патрубок 10, наклонная часть которого заглубляется в отвал 4 борозды 2 за гребень отвала 4, при этом воздухопропускные отверстия 12 на наклонной части должны быть открыты. Часть борозды 2 с наклонной частью вытяжного патрубка 10 закрывается светопроницаемым экраном 13, края которого плотно прижимаются к почве. Поперек направления кротовин 1 (можно прокладывать кротователем с рабочими органами более мелкого диаметра) над ними прокладываются безуклонные теплораспределительные каналы 14.
Устройство работает следующим образом.
По первому варианту расположения кротовин 1 над уровнем грунтовых вод. В солнечный день нагревается воздух под светопроницаемым экраном 13, благодаря увеличенной поверхности нагрева состоящей из стенки 3 борозды 2 и откоса извлеченного из борозды грунта 4, а также благодаря углу (около 45 градусов, при высоком стоянии солнца над горизонтом) наклона поверхности нагрева к солнечным лучам. При низком стоянии солнца (февраль, март) под светопроницаемый экран 13 устанавливают полосу 15 (изготовленную, например, из темного цвета пластмассовых досок) под большим углом наклона (от 45 до 90 и более градусов). Заданная температура нагрева воздуха у всасывающего патрубка 5, находящегося под светопроникающим экраном 13, рассчитывается и зависит от площади под светопроницаемым экраном 13, от диаметра отверстия и конфигурации его, длины и уклона кротовин 1, а также от существующей температуры грунта под почвой.
Нагретый воздух под светопроницаемым экраном 13 создает давление, входит в полость кротовины и движется по ней, отдавая тепло стенкам кротовины 1. Для ускорения движения воздуха в полости кротовины 1, у выхода в отверстие кротовины 1 герметично вставляется вытяжной патрубок 10, состоящий из наклонной и вертикальной трубы с дефлектором 11, при этом наклонная труба и часть борозды 2 накрывается светопроницаемым экраном 13 под которым нагревается воздух солнечными лучами и через воздухопропускные отверстия 12, расположенные на наклонном участке, попадает в трубу вытяжного патрубка 10 в которой ускоряясь выходит наружу, при этом создается эффект «водоструйного насоса». Ускорению движения нагретого воздуха по полости кротового дренажа способствует и дефлектор 11, а также спиральные продольные углубления 9, закручивающие в вихрь поток идущего по кротовине 1 теплого воздуха. Регулировать скорость движения нагретого воздуха в полости кротовины 1, а, следовательно, и теплообмен в грунте, можно закрывая или открывая воздухопропускные отверстия 12 или перекрывая трубу вытяжного патрубка 10.
Тепло над кротовиной 1 поднимается вверх по грунту и перехватывается теплораспределительными каналами 14 (образованные, например, кротователем с малым диаметром отверстий), воздух в которых нагревается и движется к выходу из каналов 14, обогревая большую площадь поля.
Косвенный контроль за работой устройства (за температурой и равномерностью обогрева поля), ведется путем замера температуры поверхностного слоя почвы, который может производиться вручную - инфракрасным пирометром или при помощи дрона (беспилотного летательного аппарата) с тепловизором и системой передачи сигналов, а при больших площадях наиболее перспективно использование системы ГЛОНАСС.
По второму варианту устройства при близком залегании грунтовых вод (торфяные почвы, болота), кротовины 1 располагаются поперек движения грунтовых вод и их изготавливают из герметичных водонепропускаемых гибких труб, концы которых также выходят в борозды 2. В этом случае зона обогрева поля значительно расширяется за счет дальнего переноса тепла грунтовой водой (более чем грунт теплоемкого материала), а места возделывания сельскохозяйственных растений располагаются над текущей теплой грунтовой водой (верховодкой).
Такое конструктивное решение позволяет сделать устройство простым, регулируемым и эффективно действующим.