теплица

Формула изобретения

1. Теплица, включающая основание, боковые и верхние скатные светопрозрачные ограждения в виде плоских трапециевидных панелей, часть которых обращена к югу и ориентирована по направлению солнечных лучей в периоды зимнего и летнего солнцестояний, отличающаяся тем, что основание теплицы выполнено в виде заделанного в почву и возвышающегося над почвой фундамента, который в плане имеет форму неправильного шестиугольника, образованного путем отсечения трех сторон от правильного восьмиугольника посредством вертикальной обращенной на север стенки, одна из оставшихся сторон восьмиугольника расположена параллельно указанной стенке и обращена на юг, продолжением основания являются вертикальное ограждение и по крайней мере две полые установленные друг на друга усеченные светопрозрачные пирамиды, отсеченные той же вертикальной стенкой, снабженной рабочим проходом, на верхней плоскости верхней отсеченной пирамиды размещены солнечные тепловые коллекторы, один из которых лицевой стороной обращен на юг, а другие соответственно на юго-восток и юго-запад, при этом теплица снабжена устройствами для обогрева, охлаждения и орошения.

2. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что фундамент заделан в почву на глубину ниже уровня промерзания.

3. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что вертикальная стенка выполнена в виде непрозрачной теплоизолированной панели, а рабочий проход - в виде теплоизолированного тамбура.

4. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что исполнительные устройства для обогрева размещены в почве ниже уровня промерзания.

5. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что исполнительные устройства для орошения размещены в почве ниже уровня промерзания и выполнены в виде элементов внутрипочвенного орошения.

6. Теплица по пп.1, 4 и 5, отличающаяся тем, что исполнительные устройства для обогрева и орошения совмещены между собой.

7. Теплица по пп.1, 3-6, отличающаяся тем, что в плане исполнительные устройства для обогрева и орошения размещены в виде концентричных дуг, обращенных своими выпуклостями к коротким сторонам шестиугольника.

8. Теплица по пп.1, 3 и 7, отличающаяся тем, что емкости для воды и технические средства для обогрева и орошения размещены внутри теплицы возле вертикальной стенки по бокам тамбура.

9. Теплица по пп.1 и 8, отличающаяся тем, что технические средства для обогрева выполнены в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости и в виде дополнительного электрического нагревателя, при этом система снабжена дополнительным трубопроводом обогрева.

10. Теплица по пп.1, 3 и 8, отличающаяся тем, что вертикальная стенка снабжена калорифером, выполненным с возможностью обогрева и охлаждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выращивания овощей, ягод, цветов и других культур.

Известно устройство для обогрева теплиц, включающее бак с водой, солнечный подогреватель (коллектор), водяной коллектор, распределительный и почвенный воздуховоды, тепловой насос с испарителем и конденсатором, теплообменники и другие элементы (SU 1523114 A1, MПК⁴ A 0l G 9/24, 1989).

Технический недостаток подобных устройств: повышенная сложность при ограниченных функциональных возможностях, в частности здесь не используются возможности светопрозрачного ограждения самой теплицы, внутрипочвенного орошения как элемента для обогрева почвы и т.п.

Известна также теплица, включающая основание, боковые и верхние скатные светопрозрачные ограждения в виде плоских трапециевидных панелей, часть которых обращена к югу и ориентирована по направлению солнечных лучей в периоды зимнего и летнего солнцестояний (SU 418998, МПК А 01 G 9/14, 1974).

Технический недостаток данной теплицы: отсутствуют комплексные решения по использованию солнечных лучей и энергосбережению, а также по надежному функционированию сооружения: теплица не имеет фундамента, что провоцирует промерзание почвы зимой с внешней стороны сооружения; отсутствует защита от холодного воздуха с северной стороны теплицы; светопрозрачное ограждение простирается до поверхности почвы (некоторое исключение составляет рама 14 - основание ограниченной высоты в варианте на фиг.4), что неэффективно из-за наличия растений с внешней стороны теплицы и небезопасно для хрупких ограждений при нахождении внутри и снаружи обслуживающего персонала; отсутствуют средства, предотвращающие потери тепла через рабочий проход при его открывании; основная площадь светопрозрачного ограждения обращена к югу, несмотря на то, что главной проблемой теплообеспечения является эффективное использование солнечных лучей в полуденное и послеполуденное световое время; отсутствуют технические средства обогрева почвы - непосредственно среды обитания растений; нет сведений о внутренних устройствах для орошения, без чего теплица не может функционировать; не используется тепловая энергия атмосферы посредством солнечных коллекторов.

Техническая задача: повышение эффективности использования солнечных лучей и тепловой энергии атмосферы, снижение энергетических и материальных затрат на содержание сооружения и выращивание растений, повышение надежности функционирования теплицы.

Согласно изобретению основание теплицы выполнено в виде заделанного в почву и возвышающегося над почвой фундамента, который в плане имеет форму неправильного шестиугольника, образованного путем отсечения трех сторон правильного восьмиугольника посредством вертикальной, обращенной на север стенки, одна из оставшихся сторон восьмиугольника расположена параллельно указанной стенке и обращена на юг, продолжением основания является вертикальное ограждение и по крайней мере две полые, установленные друг на друга, усеченные, светопрозрачные пирамиды, отсеченные той же вертикальной стенкой, снабженной рабочим проходом, на верхней плоскости верхней отсеченной пирамиды размещены солнечные тепловые коллекторы, один из которых лицевой стороной обращен на юг, а другие - соответственно на юго-восток и юго-запад, при этом теплица снабжена устройствами для обогрева, охлаждения и орошения.

Наряду с этим фундамент заделан в почву на глубину ниже уровня промерзания; вертикальная стенка выполнена в виде непрозрачной теплоизолированной панели, а рабочий проход выполнен в виде теплоизолированного тамбура; исполнительные устройства для обогрева размещены в почве ниже уровня промерзания; исполнительные устройства для орошения размещены в почве ниже уровня промерзания и выполнены в виде элементов внутрипочвенного орошения; исполнительные устройства для обогрева и орошения совмещены между собой; в плане исполнительные устройства для обогрева и орошения размещены в виде концентричных дуг, обращенных своими выпуклостями к коротким сторонам шестиугольника; емкости для воды и технические средства для обогрева и орошения размещены внутри теплицы возле вертикальной стенки - по бокам тамбура; технические средства для обогрева выполнены в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости и в виде дополнительного электрического нагревателя, при этом система снабжена дополнительным трубопроводом обогрева; вертикальная стенка снабжена калорифером, выполненным с возможностью нагрева и охлаждения.

На фиг. 1 изображен внешний вид теплицы, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - то же, вид сбоку; на фиг.4 - то же, вид сзади; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - схема системы обогрева и орошения.

Теплица (фиг. 1-4, 6) содержит основание 1, выполненное в виде заделанного в почву и возвышающегося над почвой фундамента, который в плане имеет форму неправильного шестиугольника 2 (фиг.5). Последний образован путем отсечения трех сторон 3 (фиг.2, показаны пунктиром) от правильного восьмиугольника посредством вертикальной, обращенной на север стенки 4 (фиг.2, 4, 5). Одна из оставшихся сторон 5 восьмиугольника (фиг.2, 5) расположена параллельно указанной стенке 4 и обращена на юг. Две другие оставшиеся стороны 6 и 7 восьмиугольника обращены соответственно на юго-восток и юго-запад, а еще две стороны 8 и 9 - соответственно на восток и запад.

Продолжением основания 1 являются: вертикальное светопрозрачное ограждение 10 с плоскими прямоугольными панелями и по крайней мере две полые, установленные друг на друга, усеченные, светопрозрачные пирамиды 11 и 12 с плоскими трапециевидными панелями, несущими функции скатных ограждений. Образования 10-12 отсечены той же вертикальной стенкой 4, которая снабжена рабочим проходом 13. На верхней плоскости 14 верхней отсеченной пирамиды 12 размещены солнечные тепловые коллекторы 15-17 (фиг.1-4, 7), один из которых (15) лицевой стороной обращен на юг, а другие (16 и 17) - соответственно на юго-восток и юго-запад (фиг.1-4). Все коллекторы установлены под углом к вертикали, оптимальным для данной географической широты. Теплица снабжена устройствами для обогрева, охлаждения и орошения.

Фундамент 1 заделан в почву ниже уровня промерзания (фиг.6). Вертикальная стенка 4 теплицы выполнена в виде непрозрачной теплоизолированной панели, а рабочий проход 13 - в виде теплоизолированного тамбура. В вертикальной стенке 4 (фиг.4) предусмотрены окна 18 и калорифер 19, выполненный с возможностью обогрева и охлаждения. Исполнительные устройства 20 и 21 для обогрева (фиг.5-7) размещены в почве ниже уровня промерзания. Исполнительные устройства для обогрева и орошения совмещены между собой и являются элементами внутрипочвенного орошения. В плане (фиг.5) исполнительные устройства 20 и 21 размещены в виде концентричных дуг, обращенных своими выпуклостями к коротким сторонам 5-9 шестиугольника (фиг.2). Над устройствами 20 и 21 находятся два участка 22 и 23 соответствующей конфигурации (фиг.5, 6) для возделывания сельскохозяйственных культур; между участками и вдоль их длинных сторон предусмотрены проходы. Внутри теплицы возле вертикальной стенки 4 - по бокам тамбура 13 размещены емкости и технические средства 24 и 25 (фиг.5) для обогрева и орошения.

В состав системы обогрева и орошения (фиг.7), кроме названных солнечных коллекторов 15-17 и исполнительных устройств 20 и 21, входят бак (емкость) 26 для воды с теплообменником 27 и дополнительным электрическим нагревателем 28; трубопровод 29 от теплообменника 27 с насосом 30 для прокачки теплоносителя через коллекторы; трубопровод 31, соединяющий противоположную сторону коллекторов с теплообменником; трубопроводы 32 и 33 с насосом 34 и датчиком давления 35 для подачи воды в устройства 20 и 21; трубопровод 36 обратной связи указанных устройств с баком 26; обратные клапаны 37 на концах устройств 20 и 21; трубопровод 38 с краном для забора воды из бака. В качестве теплоносителя в замкнутом контуре, включающем коллекторы 15-17, насос 30 и теплообменник 27, применяется незамерзающая жидкость. Таким образом, технические средства для обогрева выполнены в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом 30 и теплообменником 27 для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости - баке 26 и в виде дополнительного электронагревателя 28. Для охлаждения воздуха в теплице в летнее время, кроме калорифера 19, предусмотрена естественная вентиляция за счет открывающихся окон 39 и 18 (фиг.3, 4) соответственно в южной части полой пирамиды 11 и в задней стенке 4.

Для дополнительного обогрева теплицы применяется также оребренная труба обогрева 40 (фиг.7), которая посредством вентилей "врезана" в систему обогрева и орошения почвы - одним концом через насос 34 сообщается с баком 26, а другим концом соединяется с баком напрямую. Труба обогрева 40 проложена внизу вдоль стенок - внутри теплицы. Кроме этого, трубопровод обратной связи 36 снабжен фильтром 41.

Теплица используется следующим образом.

При использовании теплицы в холодное время года (поздняя осень, зима, ранняя весна) промерзание почвы внутри предотвращается за счет заделки фундамента 1 в почву ниже уровня промерзания и обогрева внутренней среды - почвы и воздуха. Обогрев осуществляется путем подачи насосом 34 горячей воды из бака 26 к исполнительным устройствам 20 и 21 и за счет поступления теплого воздуха от калорифера 19. В необходимых случаях подключают дополнительную нагревательную систему в виде оребренной трубы обогрева 40. Для этого вентили на исполнительных устройствах 20 и 21 закрывают, а вентили на концах трубы 40 открывают. Прокачка горячей воды по трубе 40 и возврат воды в бак 26 (для подогрева) производится насосом 34. Созданию микроклимата внутри теплицы в это время года способствует также прохождение солнечных лучей через светопрозрачные покрытия нижнего вертикального ограждения 10, полые, установленные друг на друга, усеченные пирамиды 11 и 12, причем конфигурация светопрозрачной части теплицы установлена таким образом, что солнечные лучи проникают внутрь в любое светлое время суток. Сквозное прохождение солнечных лучей предотвращает непрозрачная термоизолированная "северная" вертикальная стенка 4, "вдуванию" теплого воздуха изнутри препятствует теплоизолированный тамбур 13; стенка 4 служит и защитой от холодного воздуха с северной стороны.

Совмещенные исполнительные устройства 20 и 21 для обогрева и внутрипочвенного орошения, будучи расположенными ниже уровня промерзания, сами (вместе с водой) избегают охлаждения ниже отрицательной температуры и обеспечивают прогревание почвы в корнеобитаемом слое почвы - непосредственно под растениями или под семенами (до появления всходов) на участках 22 и 23. Одновременно с локальным обогревом почвы для растений (семян) на участках 22 и 23 поддерживаются заданные водно-воздушный и температурный режимы, а также режимы питания - вместе с водой можно подавать жидкие комплексные удобрения и микродозы микроэлементов.

В это же время года, кроме нагрева внутреннего объема теплицы за счет солнечных лучей, для подогрева воды используют солнечную нагревательную систему и дополнительный электронагреватель 28. В дневное время суток солнечные коллекторы 15-17 воспринимают тепловую энергию лучей (даже зимой). Вследствие их описанного расположения по крайней мере на один коллектор попадают солнечные лучи; дополнительно к этому все коллекторы воспринимают рассеянную в атмосфере тепловую энергию. Поскольку коллекторы 15-17 расположены вне теплицы - на верхней плоскости 14 верхней отсеченной пирамиды 12, в первом (герметичном) контуре солнечной нагревательной системы, включающем, кроме коллекторов, теплообменник 27 и насос 30, применяется незамерзающий теплоноситель.

В холодное время насос 30 работает с максимальной производительностью, посредством трубопровода 29 забирает теплоноситель из теплообменника 27 и с большой скоростью прокачивает носитель через трубчатую систему коллекторов 15-17. Теплоноситель нагревается за счет тепла (микроклимата) в коллекторах и за счет трения носителя о внутренние стенки тракта первого контура; расчетная температура носителя в первом контуре составляет 120^oС, после чего насос 30 автоматически отключается. Горячий носитель по трубопроводу 31 возвращается в теплообменник 27 с развитой наружной поверхностью, который нагревает воду в баке 26. В начальное время функционирования первого контура и при температуре окружающей среды ниже -10^oС включают дополнительно электронагреватель 28, который также нагревает воду в баке 26. В первом контуре целесообразно иметь расширительный бачок для компенсации возможного изменения объема носителя.

С помощью насоса 34 теплая вода забирается из бака 26, являющегося принадлежностью второго контура солнечной нагревательной системы, и посредством трубопровода 32 (с датчиком 35) и трубопровода 33 нагнетается под небольшим давлением (контролируется датчиком 35) в исполнительные устройства 20 и 21 для обогрева и внутрипочвенного орошения. Теплая вода с добавками жидких комплексных удобрений и микроэлементов через соответствующие отверстия в устройствах 20 и 21 поступает в почву. При давлении свыше расчетного сработают обратные клапаны 37 на концах устройств 20 и 21, которые пропустят остатки воды в трубопровод 36 обратной связи с баком 26. Возможные загрязнения воды при ее прохождении через находящиеся в почве устройства 20 и 21 ликвидирует фильтр 41, встроенный в трубопровод 36. Одновременно с этим бак 26 пополняется исходной (холодной) водой.

В переходное время (поздняя весна, ранняя осень) производительность насоса 30 снижают до минимума, при этом солнечная нагревательная система работает в щадящем и экономичном режиме; отключают также электронагреватель 28. В летнее время солнечную систему отключают с помощью вентиля на трубопроводе 29. В необходимых случаях солнечную систему используют для нагрева воды для хозяйственно-бытовых нужд, в том числе для принятия душа. Для этого теплую или горячую воду забирают из бака 26 посредством трубопровода 38 с краном. В жаркое летнее время внутренний объем теплицы проветривают и охлаждают - открывают двери в тамбуре 13 и окна 18 и 39, а калорифер 19 переводят в режим охлаждения.

В любое время года в теплице рационально используется солнечная тепловая энергия. В дневное время определенные участки светопрозрачных панелей ограждения 10 и отсеченных пирамид 11 и 12, а также солнечных коллекторов 15-17 обязательно воспринимают солнечную энергию. В частности, после восхода и при закате солнца лучи попадают на боковые - восточную 8 или западную 9 стороны; одновременно с этим лучи воспринимает один из коллекторов 16 или 17. При возвышении солнца над горизонтом в "работу" вступают соответствующие панели нижней пирамиды 11 и стороны 6 или 7; лучи попадают также на центральный солнечный коллектор 15. В полуденное время солнце светит на южную сторону 5 и соответствующие панели пирамид 11 и 12, предельно задействуется коллектор 15. При "низком" солнце в зимнее время основную "нагрузку" несут панели нижнего ограждения 10 и пирамиды 11, этому не препятствует освободившаяся от листвы растительность вокруг теплицы. Фундамент 1, "северная" теплоизолированная стенка 4 с тамбуром 13 способствуют не только созданию микроклимата в теплице, но и предохраняют светопрозрачные панели от повреждений при обслуживании теплицы внутри и снаружи и технологических операциях при возделывании овощей, ягод, цветов и других сельхозкультур.

В итоге достигается повышение эффективности использования солнечных лучей и тепловой энергии атмосферы, снижение энергетических и материальных затрат на содержание сооружения и выращивание растений, повышение надежности функционирования теплицы.