RU2723036C1 - Greenhouse device with soil heating - Google Patents
Greenhouse device with soil heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723036C1 RU2723036C1 RU2019114890A RU2019114890A RU2723036C1 RU 2723036 C1 RU2723036 C1 RU 2723036C1 RU 2019114890 A RU2019114890 A RU 2019114890A RU 2019114890 A RU2019114890 A RU 2019114890A RU 2723036 C1 RU2723036 C1 RU 2723036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- water
- greenhouse
- pipes
- soil
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 241000283984 Rodentia Species 0.000 claims description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 230000002940 repellent Effects 0.000 claims 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 4
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 2
- 241000255777 Lepidoptera Species 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 241001233061 earthworms Species 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/14—Greenhouses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Greenhouses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскому хозяйству, к устройствам для выращивания ранних растений, например, овощных культур, цветов, а также может быть использовано для обогрева промышленных и индивидуальных теплиц.The invention relates to agriculture, to devices for growing early plants, for example, vegetables, flowers, and can also be used to heat industrial and individual greenhouses.
Производство раннего урожая требует обогрева тепличных сооружений. Обогрев теплицы с использованием искусственных источников тепла - процесс энергоемкий и требует больших затрат как электроэнергии, топлива, а также материальных затрат для различных технических сооружений для подачи топлива и т.д.The production of early crops requires heating of greenhouse structures. Heating a greenhouse using artificial heat sources is an energy-intensive process and requires large expenditures such as electricity, fuel, as well as material costs for various technical facilities for supplying fuel, etc.
Известен [1] способ обогрева теплиц, заключающийся в том, что забирают воздух из подшатерного пространства теплицы с помощью тепловентилятора, который подогревает воздух и пропускают его через обдувающий патрубок, далее отводят в подшатерное пространство теплицы. Другую часть нагретого воздуха подают по трубам в подпочвенный слой теплицы, а затем оттуда в подшатерное пространство.Known [1] is a method of heating greenhouses, which consists in the fact that they take air from the under-glass space of the greenhouse using a fan heater, which heats the air and passes it through the blowing pipe, then take it to the under-glass space of the greenhouse. Another part of the heated air is supplied through pipes to the subsoil layer of the greenhouse, and then from there to the under-casing space.
Недостатком этой схемы является применение тепловентилятора, значительно потребляющий электроэнергию на нагрев воздуха.The disadvantage of this scheme is the use of a fan heater, significantly consuming electricity to heat the air.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство [2] для обогрева почвы в теплице, содержащее почвенные батареи, водяные батареи, соединенные с водораспределительным и водосборным коллекторами, водяной насос, компрессорно-конденсаторный агрегат и испарители.Closest to the proposed technical essence is a device [2] for heating soil in a greenhouse, containing soil batteries, water batteries connected to the water distribution and catchment collectors, a water pump, a condensing unit and evaporators.
Недостатком этого устройства является применение компрессорно-конденсаторного агрегата, который требует периодического обслуживания, значительной энергоемкости и трудозатрат.The disadvantage of this device is the use of a condensing unit, which requires periodic maintenance, significant energy consumption and labor.
Целью изобретения является повышение экологичности и эффективности тепличного устройства путем максимального использования солнечной энергии и увеличения периода выращивания тепличных культур за счет попадающей в теплицу инфракрасного излучения, используя его для подогрева почвы и поддержания оптимальной температуры в теплице период выращивания, что позволит минимизировать энергозатраты на обогрев теплицы.The aim of the invention is to increase the environmental friendliness and efficiency of the greenhouse device by maximizing the use of solar energy and increasing the growing period of greenhouse crops due to infrared radiation entering the greenhouse, using it to heat the soil and maintain the optimal temperature in the greenhouse during the growing period, which will minimize energy consumption for heating the greenhouse.
Указанная цель достигается тем, что тепличное устройство с обогревом почвы, содержащее воздушные и водяные батареи, коллекторы, водяной насос, отличающееся тем, что оно снабжено устройством для перемешивания верхних слоев теплого воздуха с нижними слоями, а подземная часть устройства содержит не менее 2-х ярусов водяных и воздушных батарей для подогрева почвы, трубы которых расположены по всей ширине и длине тепличного устройства, при этом, свободные концы водяных труб соединены соответственно с впускными и выпускными коллекторами, причем к впускному коллектору подводится подогретая вода, а через выпускной коллектор вода отводится в емкость для воды, кроме того, входные концы воздушных труб соединены коллектором, связанным посредством воздуховода с вентилятором, вторые концы воздушных труб свободны и снабжены козырьком с зонтом, выпускающим воздух из подземных труб в теплицу.This goal is achieved in that a greenhouse device with soil heating, containing air and water batteries, collectors, a water pump, characterized in that it is equipped with a device for mixing the upper layers of warm air with the lower layers, and the underground part of the device contains at least 2 tiers of water and air batteries for heating the soil, the pipes of which are located along the entire width and length of the greenhouse device, while the free ends of the water pipes are connected respectively to the intake and exhaust manifolds, and heated water is supplied to the intake manifold, and water is discharged through the exhaust manifold to a water tank, in addition, the inlet ends of the air pipes are connected by a collector connected by means of an air duct to a fan, the second ends of the air pipes are free and provided with a visor with an umbrella that releases air from the underground pipes into the greenhouse.
Трубы для жидкости и воздуха в каждом ярусе чередуются, а в верхнем ярусе крайними являются воздушные трубы, при этом воздушные и водяные трубы в ярусах расположены в шахматном порядке в горизонтальном и вертикальном плоскостях, а подземная часть тепличного устройства по периметру обложена теплоизоляционным материалом, с низким коэффициентом теплопроводности и пропитанным веществом, отпугивающим грызунов и в то же время экологически безопасным.The pipes for liquid and air in each tier alternate, and in the upper tier the air pipes are extreme, while the air and water pipes in the tiers are staggered in horizontal and vertical planes, and the underground part of the greenhouse device is lined with perimeter insulation material with low coefficient of thermal conductivity and an impregnated substance that repels rodents and is environmentally friendly at the same time.
В то же время трубы для подвода нагретого воздуха и воды имеют индивидуальные регулировочные заслонки, позволяющие в зависимости от температуры почвы и воздуха внутри и снаружи теплицы подвести воздух и воду к каждому ярусу индивидуально или ко всем ярусам одновременно.At the same time, pipes for the supply of heated air and water have individual adjusting dampers, allowing depending on the temperature of the soil and air inside and outside the greenhouse to supply air and water to each tier individually or to all tiers at the same time.
Расположение труб в несколько ярусов позволяет обеспечивать распределение тепла в зависимости от температуры нагревшегося воздуха, подогреваемого солнечными лучами (инфракрасными лучами), а также воды в емкости в течение лета. Многоярусность труб позволяет подогревать почву на разной глубине теплым воздухом и водой даже в зимний период, и подавать его на определенные ярусы по мере увеличения температуры наружного воздуха.The location of the pipes in several tiers allows for the distribution of heat depending on the temperature of the heated air, heated by sunlight (infrared rays), as well as water in the tank during the summer. The multi-layered pipes allows you to heat the soil at different depths with warm air and water even in the winter, and to apply it to certain tiers as the outdoor temperature rises.
В зимних условиях теплый воздух из-под козырька теплицы (верхней зоны) подается в верхний ярус труб - батарей, часть перемешивается внутри теплицы. В дальнейшем по мере повышения температуры воздуха теплый воздух из-под козырька теплицы будет подаваться в нижние слои почвы (2 и 3-й ярусы) глубоких слоев.In winter conditions, warm air from under the peak of the greenhouse (upper zone) is supplied to the upper tier of pipes - batteries, part is mixed inside the greenhouse. In the future, as the air temperature rises, warm air from under the peak of the greenhouse will be supplied to the lower soil layers (2nd and 3rd tiers) of the deep layers.
Теплый воздух и вода подаются в нижние слои почвы при повышении температуры наружного воздуха в тех случаях, когда в тепличном устройстве температура становится выше 18-22 градусов. В летнее время температура воздуха в теплице повышается до 50-60 градусов при закрытых форточках (по нашим данным), благодаря тому, что нижние слои почвы поглощают много тепла путем автоматизации подачи воздуха и теплого воздуха в нижние слои почвы. При этом можно поддерживать температуру воздуха в теплице в требуемых пределах, что в итоге позволит избавиться от всякой вредной микрофауны (бабочки, летающие вредители, жуки и т.д.) а также экономить на автоматической системе вентиляции, удалении избыточного тепла из теплиц. Для подогрева воды необходимо емкости установить, как можно выше в теплице, так как горячий воздух стремится вверх. Таким образом, дополнительно прогревается вода, которую можно использовать как для полива, так и для обогрева почвы, соответственно при повышении температуры, когда уже вода прогревается и ее будет достаточно для полива и прогрева почвы, автоматически включаются циркуляционные насосы, и вода попадает в подпочвенные батареи, отдавая тепло, возвращается в емкость, при этом в тепличном устройстве следует предусмотреть несколько емкостей, так как одну из емкостей необходимо использовать только для обогрева, чтобы снизить затраты на фильтрацию воды подаваемой в систему обогрева. В утреннее, вечернее и ночное время при падении температуры воды ниже 20-22 градусов циркуляционные насосы автоматически отключаются.Warm air and water are supplied to the lower layers of the soil when the temperature of the outside air rises in those cases when the temperature in the greenhouse device rises above 18-22 degrees. In summer, the air temperature in the greenhouse rises to 50-60 degrees with closed windows (according to our data), due to the fact that the lower soil layers absorb a lot of heat by automating the supply of air and warm air to the lower soil layers. At the same time, it is possible to maintain the air temperature in the greenhouse within the required limits, which ultimately allows you to get rid of any harmful microfauna (butterflies, flying pests, bugs, etc.) and also save on an automatic ventilation system, removing excess heat from the greenhouses. To heat the water, it is necessary to install the tanks as high as possible in the greenhouse, as hot air tends to rise. Thus, water is additionally warmed up, which can be used both for irrigation and for heating the soil, respectively, when the temperature rises, when the water is warming up and it will be enough to irrigate and warm the soil, the circulation pumps turn on automatically and the water enters the subsoil batteries returning heat, it returns to the tank, and several containers should be provided in the greenhouse device, since one of the tanks must be used only for heating in order to reduce the cost of filtering the water supplied to the heating system. In the morning, evening and night, when the water temperature drops below 20-22 degrees, the circulation pumps are automatically turned off.
Располагая водяные батареи (возможно незамерзающей жидкости) и воздуха в каждом ярусе с чередованием обеспечивается наиболее благоприятное их размещение, так как воздушные батареи должны быть большего диаметра для большей отдачи тепла. А водяные батареи в основном будут задействованы в более теплый период, и вода в контакте с металлической трубой имеет большую теплоотдачу, чем воздух. При этом воздушные трубы в верхнем ярусе должны быть расположены по краям, такое расположение позволит лучше прогревать в ранневесенний период почву и подготовить ее для посева, посадки без применения искусственных обогревателей на основе специальных теплогенераторов, а только за счет естественного тепла солнца - инфракрасного облучения.Having water batteries (possibly non-freezing liquid) and air in each tier with alternation, their most favorable placement is ensured, since air batteries should be of a larger diameter for greater heat transfer. And water batteries will be mainly used in a warmer period, and water in contact with a metal pipe has a greater heat transfer than air. At the same time, the air pipes in the upper tier should be located at the edges, this arrangement will allow better warming up of the soil in the early spring and preparing it for sowing, planting without the use of artificial heaters based on special heat generators, but only due to the natural heat of the sun - infrared radiation.
Расположение воздушных и водяных труб в ярусах в шахматном порядке по горизонтальном и вертикальном плоскостях позволит максимально повысить теплоотдачу почве от воздушных и водяных батарей. И использовать максимально эффективно солнечную энергию, что повысит экологичность всего проекта.The arrangement of air and water pipes in tiers in a checkerboard pattern on horizontal and vertical planes will maximize the heat transfer to the soil from air and water batteries. And use solar energy as efficiently as possible, which will increase the environmental friendliness of the entire project.
Подземная часть тепличного устройства по периметру обложена теплоизоляционным материалом, с низким коэффициентом теплопроводности и пропитанным веществом, отпугивающим грызунов и в то же время экологически безопасным. Благодаря теплоизоляционному материалу в осенне-зимний период почва внутри тепличного устройства не будет промерзать как обычно при классической схеме теплиц. Такое расположение изоляции позволит также защитить урожай от наземных и подземных вредителей, от грызунов и т.д. При прогревании теплым воздухом и холодное время года также позволяет экономить тепло за счет аккумуляции в пределах изолированного объема почвы в тепличном устройстве. Самое важное такой конструкции, что тепло аккумулированное в летнее время также не будет передаваться за пределы теплицы, что позволит продлить выращивание культуры в осенне-зимний период за счет аккумулированного летнего тепла в почве. В осенний период накопленное тепло начинает подниматься вверх и прогревать тепличное устройство, что позволит развиваться растениям и плодоносить. Такой подход позволяет снизить энергозатраты на обогрев тепличного устройства в осенний период.The underground part of the greenhouse device along the perimeter is lined with insulating material, with a low coefficient of thermal conductivity and an impregnated substance that repels rodents and is environmentally friendly at the same time. Thanks to the heat-insulating material in the autumn-winter period, the soil inside the greenhouse device will not freeze as usual with the classical scheme of greenhouses. This arrangement of insulation will also protect the crop from ground and underground pests, from rodents, etc. When warming with warm air and the cold season also allows you to save heat due to accumulation within the isolated volume of soil in the greenhouse device. The most important of this design is that the heat accumulated in the summer will also not be transferred outside the greenhouse, which will extend the cultivation of the crop in the autumn-winter period due to the accumulated summer heat in the soil. In the autumn period, the accumulated heat begins to rise up and warm up the greenhouse device, which will allow plants to grow and bear fruit. This approach allows to reduce energy consumption for heating the greenhouse device in the autumn.
Регулировочные заслонки, установленные в воздуховодах для подвода нагретого воздуха и в трубах для подачи воды, имеют индивидуальные регулировочные заслонки, позволяющие в зависимости от температуры почвы и воздуха внутри и снаружи теплицы подвести воздух и воду к каждому ярусу индивидуально или ко всем ярусам одновременно.The control flaps installed in the ducts for the supply of heated air and in the pipes for water supply have individual control flaps that allow, depending on the temperature of the soil and the air inside and outside the greenhouse, to supply air and water to each tier individually or to all tiers at the same time.
Такой подход к распределению горячего или теплого воздуха, а также воды позволяет прогреть и подготовить почву в ранневесенние сроки, а осенью позволяет поддерживать нормальную температуру для развития и плодоношения тепличным растениям. Также следует отметить, что приведенный вариант аккумулирования и регулирования расхода тепла в тепличном устройстве позволяет экономить энергию на отопление, посеять и посадить в более ранние сроки тепличные культуры без использования искусственных источников тепла. Максимально эффективное применение поступающей в тепличное устройство солнечной энергии повысит экологичность производства и экономит энергозатраты. Как показали экспериментальные исследования зимой 2019 года, воздух в тепличном устройстве прогревается не только в солнечную погоду, но и при теплом ветре, в этом случае, конечно же, тепло передается через стенки тепличного устройства. Даже в феврале этого года при 10-15 градусной минусовой температуре на улице в верхней зоне тепличного устройства температура воздуха доходило до 25-50 градусов.This approach to the distribution of hot or warm air, as well as water, allows you to warm up and prepare the soil in the early spring, and in the fall allows you to maintain a normal temperature for the development and fruiting of greenhouse plants. It should also be noted that the above variant of accumulation and regulation of heat consumption in the greenhouse device allows saving energy for heating, sowing and planting greenhouse crops at earlier dates without using artificial heat sources. The most efficient use of solar energy entering the greenhouse device will increase the environmental friendliness of production and save energy costs. As experimental studies have shown in the winter of 2019, air in a greenhouse device warms up not only in sunny weather, but also in warm winds, in which case, of course, heat is transmitted through the walls of the greenhouse device. Even in February this year, at 10-15 degrees below zero in the street in the upper zone of the greenhouse device, the air temperature reached 25-50 degrees.
На фиг. 1 приведена общая схема тепличного устройства и следующие обозначения: 1 - боковина (боковая стенка теплицы); 2 - крыша теплицы; 3 - вентилятор радиальный; 4, 7 - воздуховоды; 5 - вентилятор осевой; 6 - воздухозаборник; 8 - воздуховод летний; 9, 10 - заслонка; 12 - теплоизоляционная стенка; 13 - воздушные трубы 1-го яруса; 14 - воздушные трубы 2-го яруса; 15 - емкость для воды с циркуляционным насосом; 16 - водяные трубы воды 1-го яруса; 17 - водяные трубы воды 1-го яруса; 18 - насос циркуляционный.In FIG. 1 shows the general diagram of the greenhouse device and the following notation: 1 - sidewall (side wall of the greenhouse); 2 - the roof of the greenhouse; 3 - radial fan; 4, 7 - air ducts; 5 - axial fan; 6 - air intake; 8 - summer duct; 9, 10 - shutter; 12 - heat-insulating wall; 13 - air pipes of the 1st tier; 14 - air pipes of the 2nd tier; 15 - water tank with a circulation pump; 16 - water pipes of water of the 1st tier; 17 - water pipes of water of the 1st tier; 18 - circulation pump.
На фиг. 2 представлена схема, когда происходит перемешивание воздуха в теплице подачей радиальным вентилятором сверху вниз.In FIG. 2 shows a diagram when air is mixed in a greenhouse by a radial fan from top to bottom.
На фиг. 3 представлена схема, для случая подогрева почвы осуществляется с помощью 1 -го яруса труб.In FIG. 3 is a diagram; for the case of soil heating, it is carried out using the 1st tier of pipes.
На фиг. 4 представлена схема, для случая подогрева почвы осуществляется с помощью 2-го яруса труб.In FIG. 4 is a diagram, for the case of soil heating is carried out using the 2nd tier of pipes.
Предлагаемое техническое решение реализуется следующим образом.The proposed technical solution is implemented as follows.
Устройство тепличного устройства с обогревом почвы (фиг. 1) имеет надземную часть (теплица), расположенную выше поверхности почвы и подземную часть, расположенную ниже поверхности почвы.The device of the greenhouse device with heating the soil (Fig. 1) has an aboveground part (greenhouse) located above the soil surface and an underground part located below the soil surface.
Тепличное устройство состоит из боковой стенки (боковины) 1, крыши теплицы 2, покрытые светопрозрачным материалом (например, поликарбонат). Внутри тепличного устройства в верхней части установлен емкость для воды 15, имеющий черный цвет для более эффективного поглощения солнечной энергии. От емкости 15 спускается водопровод с циркуляционным насосом 18 в подпочвенный слой, где на глубине около 600-1700 мм расположена система металлических водяных труб 1-го яруса - 16 и 2-го яруса - 17. Под крышей 2 теплицы установлен радиальный вентилятор 3 с внутренним воздуховодом 4 для перемещения верхних нагретых слоев воздуха вниз. Также под крышей расположен воздухозаборник 6. От воздухозаборника 6 вниз направлено два воздуховода 7 и 8, внутри которых расположены осевые вентиляторы 5 и 11 с заслонками 10 и 9 соответственно. Воздуховод 7 направляет теплый воздух в воздушные трубы 1-го яруса 13, а воздуховод 8 - в воздушные трубы 2-го яруса периметру под боковыми стенками 1 тепличного устройства в глубину 2-го яруса труб установлена теплоизоляционная стенка 12 с низким коэффициентом теплопроводности и пропитанным веществом, отпугивающим грызунов и в то же время экологически безопасным.The greenhouse device consists of a side wall (sidewall) 1, the roof of the
Сущность изобретения заключается в следующем. Одной из тенденций производства как сельскохозяйственной, так и овощной продукции является получение урожая по возможности в ранние сроки при переходе из зимнего периода в весенний период. Для решения указанной задачи в большинстве случаев применяются парники и теплицы и другие аналогичные сооружения.The invention consists in the following. One of the trends in the production of both agricultural and vegetable products is to harvest as early as possible when moving from winter to spring. To solve this problem, in most cases, greenhouses and greenhouses and other similar structures are used.
Применение солнечного тепла позволит снизить энергозатраты и получить более ранний урожай без использования искусственных обогревательных установок с большой энергоемкостью и требующих больших затрат как электроэнергии, топлива. Под понятием ранние сроки производства продукции подразумевается, что продукция по возможности должна производится раньше, чем при обычных условиях, т.е. прогрев и начало прорастания будет зависеть только от погодных условий, пока земля не прогреется для развития корневой системы и воздух не менее 10-15 град.The use of solar heat will reduce energy costs and get an earlier crop without the use of artificial heating systems with high energy intensity and requiring large expenditures such as electricity and fuel. The concept of early production terms implies that products should be produced if possible earlier than under normal conditions, i.e. heating and the beginning of germination will depend only on weather conditions, until the earth warms up for the development of the root system and the air is at least 10-15 degrees.
Тем больше разность температуры между температурой наружной среды и внутри теплицы, тем больше требуется затрат энергии для обогрева как объема теплицы, так и ее почвы, где прорастают растения. Таким образом, задача заключается в том, чтобы получить урожай растений в The greater the temperature difference between the temperature of the external environment and inside the greenhouse, the more energy is required to heat both the volume of the greenhouse and its soil, where plants grow. Thus, the challenge is to get a crop of plants in
тепличном устройстве максимально ранние сроки (весны) с минимальной затратой энергии для обогрева, а наилучший вариант без затрат горючего и упругих источников искусственного тепла.a greenhouse device as early as possible (spring) with minimal energy consumption for heating, and the best option without the cost of fuel and elastic sources of artificial heat.
Так как теплица имеет определенную высоту над поверхностью почвы, и имеет покрытие из светопрозрачного материала, боковые поверхности изготовляются из такого же материала, что позволяет обеспечить беспрепятственное проникновение солнечных лучей внутрь помещения теплицы, обеспечивая не только попадание инфракрасного излучения, но светового потока для растений. Таким образом, солнечные лучи насквозь пронизывают пространство теплицы. Известно, что температура внутри по высоте теплицы различная, в верхней части теплицы под светопрозрачным материалом выше, чем над поверхностью почвы.Since the greenhouse has a certain height above the surface of the soil, and has a coating of translucent material, the side surfaces are made of the same material, which allows for the unhindered penetration of sunlight into the premises of the greenhouse, providing not only infrared radiation, but also the light flux for plants. Thus, the sun's rays penetrate through the space of the greenhouse. It is known that the temperature inside the height of the greenhouse is different, in the upper part of the greenhouse under the translucent material is higher than above the soil surface.
Почва в течение зимы промерзает, чтобы не промерзла можно постелить укрыть опавшей листвой от деревьев, кустарников, измельченной соломой и т.д. В дальнейшем это уменьшить глубину промерзания почвы и обеспечит более ранний срок прогрева (авторами проведены эксперименты, укрывая поверхность почвы опавшей листвой, что полностью подтверждает наши предпосылки). Чтобы температуру почвы поднять больше 0°С и выше в данной заявке предлагается использовать инфракрасное излучение от солнца, который нагревает воздух и воду, находящиеся в теплице. Нагретый воздух в помещении тепличного устройства всасывается (забирается) вентиляторами в верхней зоне и по системе труб передается в почву. Это первый источник тепла для подогрева почвы.The soil freezes during the winter so that it can’t get frozen, it can be covered with fallen leaves from trees, shrubs, shredded straw, etc. In the future, this will reduce the depth of soil freezing and provide an earlier heating time (the authors conducted experiments covering the surface of the soil with fallen leaves, which fully confirms our premises). In order to raise the temperature of the soil above 0 ° C and higher, in this application it is proposed to use infrared radiation from the sun, which heats the air and water in the greenhouse. Heated air in the room of the greenhouse device is absorbed (taken) by the fans in the upper zone and transferred to the soil through a pipe system. This is the first heat source for heating the soil.
Вторым источником тепла является емкость с водой, которая имеет черный цвет (максимальное поглощение инфракрасного излучения) и расположен на боковой стене теплицы в верхней части. Желательно ее разместить на северной стороне теплицы, чтобы не затеняла растения. Так как емкость для воды окрашена в черный цвет, то она наиболее эффективно поглощает тепло солнечных лучей, тем самым повышается скорость нагрева воды. Вместо воды можно применять другую жидкость, для использования системы в холодный период, например, как показали результаты наших экспериментальных исследований, в январе - феврале в солнечные дни температура в теплице в верхней зоне может подняться до 20-60 градусов для условий Чувашии, если даже на улице температура минус 20 градусов.The second heat source is a water tank, which has a black color (maximum absorption of infrared radiation) and is located on the side wall of the greenhouse in the upper part. It is advisable to place it on the north side of the greenhouse so that it does not obscure the plants. Since the water tank is painted black, it most effectively absorbs the heat of sunlight, thereby increasing the heating rate of water. Instead of water, you can use another liquid to use the system in the cold period, for example, as the results of our experimental studies showed, in January - February on sunny days the temperature in the greenhouse in the upper zone can rise to 20-60 degrees for the conditions of Chuvashia, even if street temperature minus 20 degrees.
В ночное время температура становится отрицательной, поэтому применение незамерзайки оправдывается, иначе вода замерзнет и система обогрева тепличного устройства (почвенного слоя) с использованием прогретой жидкости выйдет из строя. Таким образом, данная емкость для обогрева жидкости является автономным обогревательным узлом, который предназначен для поглощения солнечной энергии в диапазоне инфракрасного излучения.At night, the temperature becomes negative, so the use of an ice-freezer is justified, otherwise the water will freeze and the heating system of the greenhouse device (soil layer) using the heated liquid will fail. Thus, this tank for heating the liquid is an autonomous heating unit, which is designed to absorb solar energy in the infrared range.
В почву тепличного устройства уложены не менее двух ярусов труб для подвода нагретого воздуха и воды. Возможны варианты три и более. Например, при 3-х ярусах: верхний, средний и нижний, по всей ширине и длине тепличного устройства. Обогревательные трубы для воды и воздуха в каждом ряду чередуются. В рядах верхнего и нижнего ярусов крайними являются трубы для подвода воздуха, в ряду среднего яруса крайними являются трубы для подвода воды. То есть трубы, как с жидкостью (возможно водяные в зависимости от региона), так и воздушные могут быть расположены на одном уровне или же расположены в шахматном порядке (фиг. 2).At least two tiers of pipes for supplying heated air and water are laid in the soil of the greenhouse device. There are three or more options. For example, with 3 tiers: upper, middle and lower, over the entire width and length of the greenhouse device. Heating pipes for water and air in each row alternate. In the rows of the upper and lower tiers, the pipes for supplying air are extreme; in the row of the middle tier, pipes for supplying water are extreme. That is, pipes, both with liquid (possibly water, depending on the region), and air can be located at the same level or staggered (Fig. 2).
Соответственно управление системой следует автоматизировать, снабдив датчиками температуры воздуха, жидкости в емкости. При этом следует также систему снабдить дифференциальным устройством для сравнения (логический элемент), т.е. нельзя подавать воздух в почву, температура воздуха, жидкости не станет выше температуры почвы на глубине залегания труб для подогрева, в противном случае система окажет отрицательное воздействие, т.е. вместо прогрева будет охлаждать нижние слои почвы.Accordingly, the control of the system should be automated by supplying with sensors for air temperature and liquid in the tank. Moreover, the system should also be equipped with a differential device for comparison (logic element), i.e. you can’t supply air to the soil, the temperature of the air, liquid will not exceed the temperature of the soil at the depth of the heating pipes, otherwise the system will have a negative effect, i.e. instead of warming, it will cool the lower layers of the soil.
Очевидно, что в летний период следует управлять, подавая теплый воздух и прогретую жидкость в нижние слои почвы, как только установится нормальный теплый температурный режим за пределами тепличного помещения, не менее 5-10 град в ночное время.It is obvious that during the summer period it should be controlled by supplying warm air and heated liquid to the lower layers of the soil, as soon as the normal warm temperature regime outside the greenhouse is established, at least 5-10 degrees at night.
Схема перемещения теплого воздуха из верхней зоны в почву включает воздухопроводы, воздушный вентилятор. В ранневесеннем режиме воздух циркулирует внутри тепличного устройства, прогревая поверхностный слой, а основная часть воздуха подается в верхний ярус подземных воздушных труб. Вентилятор центробежный 3 включается и одновременно автоматической системой открывается заслонка в его воздуховоде, а отсасываемый нагретый воздух из верхней зоны направляется в нижнюю зону теплицы и воздушные трубы верхнего слоя. Подаваемый центробежным вентилятором теплый воздух ранней весной позволит раньше прогреть верхний слой почвы, что обеспечить ранний посев семян или посадку рассады.The scheme for moving warm air from the upper zone to the soil includes air ducts, an air fan. In the early spring mode, air circulates inside the greenhouse device, warming the surface layer, and the main part of the air is supplied to the upper tier of the underground air pipes. The
По мере повышения температуры более 10 градусов в ночное время за пределами тепличного устройства основная часть воздуха подается в 1-й ярус воздушных труб 13, а часть во 2-й ярус (ниже 1-го яруса). Трубы 1-го яруса, отдавая тепло прогревают верхний слой почвы, что позволит ускорить развитие корневой системы растений к началу их прорастания и повышения размеров растений. Таким образом, для посева сначала прогреваем верхний слой почвы, а по мере прорастания и истечение времени, температура также повышается, что позволит уже прогревать почву в верхней зоне развития корневой системы растений в 1-й фазе развития, так как трубы 1-го яруса уложены (рекомендуется) на глубине 600-700 мм.As the temperature rises more than 10 degrees at night outside the greenhouse, the main part of the air is supplied to the 1st tier of the
Дальнейшее повышение температуры воздуха в тепличном устройстве, так и снаружи позволит, производить обогрев нижних слоев почвы на глубине более 1000 мм в зависимости от температуры в теплице и прогретого воздуха, а также направлять во 2-й и 3-й ярус. В этом случае включается осевой вентилятор 11 и заслонка 9 в воздуховоде 2-го или 3-го яруса, а 1-го яруса центробежный вентилятор 5 выключается, соответственно закрывается ее заслонка 10.A further increase in air temperature in the greenhouse device, both outside and outside, will allow heating the lower soil layers to a depth of more than 1000 mm, depending on the temperature in the greenhouse and heated air, and also direct it to the 2nd and 3rd tier. In this case, the
В нижней части каждый воздухопровод соединен с трубами с помощью входных и выходных коллекторов. На каждом воздуховоде имеется заслонка регулировки подачи нагретого воздуха. С одного конца подается теплый воздух, а с другого конца воздух выводится в помещение теплицы.In the lower part, each air duct is connected to the pipes using inlet and outlet manifolds. Each duct has a damper for adjusting the supply of heated air. Warm air is supplied from one end, and from the other end, air is discharged into the greenhouse.
Применение подогретой воды также позволит повысить эффективность тепличного устройства. Ранней весной вода, подогретая солнечной энергией, используется для полива (для полива рекомендуется использовать воду с температурой не менее 18 град и не более 24 град), а избыточная часть теплой воды рекомендуется применять для подогрева верхнего слоя почвы (трубы 1-го яруса или 2-3-го ярусов).The use of heated water will also improve the efficiency of the greenhouse device. In early spring, water heated by solar energy is used for irrigation (it is recommended to use water with a temperature of at least 18 degrees and not more than 24 degrees for irrigation), and an excess of warm water is recommended for heating the topsoil (pipes of the 1st tier or 2 3rd tier).
При малой температуре нагрева воды, т.е. менее 18 град воду на полив не рекомендуется использовать, так как растения будут угнетаться и могут заболеть, а также плохо развиваться, что приводит к существенному снижению урожайности, удорожанию продукции.At a low temperature of water heating, i.e. less than 18 degrees water for irrigation is not recommended to use, as the plants will be inhibited and may become ill, as well as poorly developed, which leads to a significant decrease in productivity, cost of production.
При дальнейшем повышении температуры окружающего воздуха соответственно в тепличном устройстве и достаточном нагреве воды (более 22 град) рекомендуется использовать воду для прогрева почвы. Вода, нагретая в емкости 15 под действием солнечных лучей, циркуляционным насосом 18 нагнетается в впускной коллектор и распределяется по водяным трубам 16 и 17, концы которых соединены в выпускной коллектор, через который вода, передавшая свое тепло почве, возвращается обратно в емкость для последующего нагрева инфракрасным излучением солнца.With a further increase in ambient temperature, respectively, in the greenhouse device and sufficient heating of the water (more than 22 degrees), it is recommended to use water to warm the soil. Water heated in the
Подземная часть тепличного устройства по периметру обложена теплоизоляционным материалом 12. Который служит для теплоизоляции, чтобы мороз от окружающей почвы не проникал в тепличное устройство. Теплоизоляционный материал 12 также служит для защиты почвы тепличного устройства от проникновения кротов и других грызунов-победителей, как показывает практика эксплуатации тепличных устройств, грызуны любят проникать в тепличные устройства и оказывают вред копиям растений, тем самым снижая урожайность культур.The underground part of the greenhouse device along the perimeter is lined with heat-insulating
Технический эффект заключается в снижении энергозатрат на производство единицы продукции производимых в тепличном устройстве растений, повышение их урожайности, в производстве продукции в максимально ранний период по сравнению с производством на открытом грунте, а также защиты окружающей среды от промышленных загрязнений.The technical effect consists in reducing energy consumption for the production of a unit of production of plants produced in the greenhouse device, increasing their yield, in the production of products at the earliest possible period in comparison with production on the open ground, as well as protecting the environment from industrial pollution.
Предлагаемое техническое решение позволяет снизить энергоемкость за счет использования тепла солнечной энергии (или атмосферного воздуха), кроме того, устройство имеет простую конструкцию и небольшую металлоемкость.The proposed technical solution allows to reduce energy intensity due to the use of heat from solar energy (or atmospheric air), in addition, the device has a simple design and low metal consumption.
Предлагаемое техническое решение позволяет снизить энергоемкость за счет использования тепла солнечной энергии (или атмосферного воздуха), кроме того, устройство имеет простую конструкцию и небольшую металлоемкость. Результаты экспериментальных исследований подтвердили предпосылки о возможности более раннего срока посева и получения урожая, чем при известных конструкциях тепличных устройств, способах и технологиях возделывания в тепличном устройстве.The proposed technical solution allows to reduce energy intensity due to the use of heat from solar energy (or atmospheric air), in addition, the device has a simple design and low metal consumption. The results of experimental studies confirmed the prerequisites for the possibility of an earlier sowing and harvesting time than with known designs of greenhouse devices, methods and technologies of cultivation in a greenhouse device.
Источники информацииSources of information
1. Авторское свидетельство СССР №2283578 (A01G 9/24). Способ обогрева теплиц и теплица с обогревом для его осуществления.1. USSR copyright certificate No. 2283578 (
2. Патент РФ №2042317 (A01G 9/24). Устройство для обогрева почвы в теплице.2. RF patent No. 2042317 (
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114890A RU2723036C1 (en) | 2019-05-12 | 2019-05-12 | Greenhouse device with soil heating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114890A RU2723036C1 (en) | 2019-05-12 | 2019-05-12 | Greenhouse device with soil heating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723036C1 true RU2723036C1 (en) | 2020-06-08 |
Family
ID=71067967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019114890A RU2723036C1 (en) | 2019-05-12 | 2019-05-12 | Greenhouse device with soil heating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723036C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784674C1 (en) * | 2021-09-23 | 2022-11-29 | Викторий Данилович Девяткин | Control of year-round accumulation of solar heat and cold in soil under ground of fields and supply of heat or cold to root zone during vegetation period by v. d. devyatkin |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2042317C1 (en) * | 1992-03-26 | 1995-08-27 | Акционерное общество "Новатор" | Device for heating hothouse soil |
| RU2190317C2 (en) * | 2000-09-11 | 2002-10-10 | Алтайский государственный аграрный университет | Greenhouse |
| RU2283578C2 (en) * | 2004-05-24 | 2006-09-20 | Томский государственный университет | Method for heating of greenhouses and greenhouse with system for heating the same |
| RU2651276C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Soil heating device |
-
2019
- 2019-05-12 RU RU2019114890A patent/RU2723036C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2042317C1 (en) * | 1992-03-26 | 1995-08-27 | Акционерное общество "Новатор" | Device for heating hothouse soil |
| RU2190317C2 (en) * | 2000-09-11 | 2002-10-10 | Алтайский государственный аграрный университет | Greenhouse |
| RU2283578C2 (en) * | 2004-05-24 | 2006-09-20 | Томский государственный университет | Method for heating of greenhouses and greenhouse with system for heating the same |
| RU2651276C1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-04-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Soil heating device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БЕКЕТТ К., Растения под стеклом, Москва, Мир, 1992, с. 38-47. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2784674C1 (en) * | 2021-09-23 | 2022-11-29 | Викторий Данилович Девяткин | Control of year-round accumulation of solar heat and cold in soil under ground of fields and supply of heat or cold to root zone during vegetation period by v. d. devyatkin |
| RU2790502C1 (en) * | 2022-01-13 | 2023-02-21 | Юрий Валериевич Ершов | Method for radiant heating of greenhouses with single-level and multi-level racks |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Von Zabeltitz | Heating | |
| US8839551B2 (en) | Self-regulating greenhouse | |
| KR101433227B1 (en) | Automatic solar heating system for greenhouses | |
| CN110178600A (en) | Utilize the intelligent greenhouse and ring prosecutor method of greenhouse effects thermal-arrest and fan coil heat exchange | |
| CN110178601A (en) | The intelligent greenhouse and ring prosecutor method to be exchanged heat using greenhouse effects thermal-arrest and aqueous vapor film | |
| EA034406B1 (en) | Environment controlled multibay structured greenhouse | |
| KR20200104338A (en) | Water harvesting for plant cultivation in dry areas, irrigation system and implementation method for plant cultivation | |
| CN205284396U (en) | Saline and alkaline land is with planting canopy | |
| Ummyiah et al. | Protected cultivation of vegetable crops under temperate conditions | |
| JP3295056B2 (en) | Greenhouse | |
| CN203537994U (en) | Greenhouse for improving crop yield through biogas | |
| WO2024134637A2 (en) | A solar plant with enclosed space system | |
| US5575109A (en) | Plant protection device | |
| RU2723036C1 (en) | Greenhouse device with soil heating | |
| US4662105A (en) | Thermal reed design for controlling the temperature of plants | |
| RU2679036C1 (en) | Nesting box for earthworms by devyatkin | |
| JP3370021B2 (en) | Greenhouse | |
| CN104082071B (en) | A kind of high and cold energy saving greenhouse | |
| RU131941U1 (en) | SUNNY BIO VEGETARIUM | |
| CN208657476U (en) | Cold ground daylight rural area greenhouse | |
| Ntinas et al. | The influence of a hybrid solar energy saving system on the growth and the yield of tomato crop in greenhouses | |
| RU2682749C1 (en) | Greenhouse | |
| CN107371911B (en) | Method for controlling humidity and improving illumination environment of northern greenhouse cherries | |
| CN207802982U (en) | A ground cover antifreeze device | |
| CN109845541A (en) | A kind of ginger cultivation greenhouse of harvesting ahead of time |