защитный комплекс для растений

Формула изобретения

1. Защитный комплекс для растений, содержащий котлован или другую емкость под грунт, на котором укреплен опорный каркас, укрытый светопроницаемым материалом, подвесную закрытую емкость для воды, водоводы, водяной насос и вентили, лампы подсвета, причем стенки и ложе котлована выполнены из водонепроницаемого и теплоизолирующего материала с нижним дренажным слоем и верхним слоем плодородного грунта, с элементами подогрева почвы, размещенными в дренажном слое, приборы для подогрева воздуха, лампы подсвета, форточки, вентиляторы, датчики температуры, влажности, освещенности и уровня питательного раствора, отличающийся тем, что стенки котлована выступают за габариты опорного каркаса, прозрачное защитное покрытие которого выполнено в виде неразъемного сварного пленочного чехла, одеваемого на каркас и фиксируемого по нижнему контуру каркаса с помощью крючков или люверсов, нижние концы чехла образуют откидные фартуки с возможностью закрепления свободных нижних краев защитного фартука на внешней стороне опорного каркаса, с внешней стороны по периметру опорного каркаса на дренажный слой уложены водяные аккумуляторы тепловой солнечной энергии из водонепроницаемого прозрачного пленочного материала, подвесная закрытая емкость для воды с водоводом, выходящим из нижней точки емкости, конец водовода опущен в стакан с боковыми отверстиями, с помощью вентилей и датчика уровня питательного раствора, обеспечивающих поддержание уровня воды или питательного раствора в грунте, насос, обеспечивающий закачку воды в закрытую емкость, поддержание заданного уровня воды в закрытой подвесной емкости, причем вентили расположены на водоводе и на отводных патрубках, один патрубок служит для закачки воды через водовод в закрытую емкость, другой патрубок, расположенный на водоводе в виде полукольца служит для слива воды, тем самым обходя входное отверстие первого патрубка, а к трубе, соединяющей насос с водоводом, подсоединена емкость для жидких удобрений, нижний отрезок водовода вертикально подвижен и соединен с основным водоводом через гофрированную муфту, а положение нижнего конца задается с помощью рычага, имеющего опору на стакане, а уровень воды в грунте и питательного раствора контролируется поплавком с измерительной линейкой и прибором уровня питательного раствора, внутри объема опорного каркаса размещены термодатчики, датчики влажности, светочувствительные элементы, приборы для подогрева воздуха, а вентили закрываются и открываются с помощью электронного прибора для поддержания микроклимата, получающего информацию от датчиков влажности, освещенности, термодатчиков и датчиков уровня и управляющего приборами для подогрева воздуха, лампами подсвета, форточками, вентиляторами и насосом.

2. Защитный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что электронный прибор для поддержания микроклимата выполнен на основе программируемого микрочипа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к защитному комплексу для растении, в том числе к теплицам, оранжереям и парникам, снабженному электротехническим и другим оборудованием для ухода за растениями, выращиваемыми как в домашних условиях, так и в условиях мелкотоварного производства.

Известны простейшие устройства для выращивания и укрытия растений, типа теплиц, оранжерей и парников. Рассмотрим в качестве аналога теплицы на насыпном грунте.

В этих теплицах, для сбалансированного микроклимата, используются различные способы полива и источники искусственного тепла, среди которых калориферы, системы воздушного и водяного обогрева. Теплица иногда оборудуется дровяным отоплением с расположением печи или водогрейной колонкой, расположенной вне теплицы, но дымоход всегда расположен в грунте теплицы для обогрева почвы. Обогрев почвы с помощью дымохода эффективен, так как дымоход располагается по кругу вдоль стен. Дымоход из камня, так как камень долго удерживает тепло и отдает тепло после того, когда топка печки заканчивается. В качестве строительного материала для дымохода в настоящее время используются самые различные строительные материалы, в том числе и синтетического происхождения с большой теплоотдачей, чугунные и керамические трубы.

К современным способам обогрева теплицы относится водяное отопление. Горячая вода циркулирует по замкнутой системе труб, которые отходят от бойлера под небольшим углом. В системах водяного отопления используется горячая вода с температурой на входе +120 градусов Цельсия, а на выходе +70 градусов Цельсия. Для прогрева воздуха теплицы используют тепловентиляторы.

Электрический обогрев теплиц является самым экологически чистым, так как при работе электроприборов не выделяются ядовитые вещества, способствующие загрязнению атмосферы. На сегодняшний день разработано несколько методов обогрева почвы при помощи электрических кабелей. Дешевым обогревом является аккумулирование солнечной энергии, но солнечный обогрев нужно использовать в сочетании с другими источниками обогрева.

В качестве дополнительной системы обогрева известна установка, которая днем накапливает тепло, а ночью, по мере остывания воздуха теплицы, отдает накопленное тепло. Труба подобной теплицы устанавливается так, что ее входное отверстие располагается под самой крышей теплицы. Солнце через прозрачные стены днем нагревает воздух теплицы, который засасывается в трубу с помощью вентиляторов и прокачивается вниз. Под полом теплицы размещаются камни, на которые и попадает теплый воздух. Ночью вентиляторы переключают подачу воздуха в обратном направлении: теперь по трубе в теплицу направляется воздух, нагретый за счет отдачи тепла камнями. Одновременно, камни отдают часть тепла грунту теплицы. В теплице можно установить систему другого типа. Вдоль крыши теплицы располагаются панели, по которым протекает вода. Солнце нагревает панели с водой, вода по трубам подается в резервуар, имеющий тепловую изоляцию. За день солнечной радиации вода в резервуаре нагревается, а вечером заслонки отопительной емкости открываются, и тепло выходит наружу, обогревая воздух теплицы, или же нагретая вода идет по трубам, расположенным под почвой теплицы. Другой вид солнечного обогрева с помощью солнечной печи, сооружаемой под крышей теплицы. Теплый воздух поднимается наверх и нагревает камни. Накопленное за день тепло ночью постепенно поступает в воздух теплицы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является известный простейший аккумулятор теплоты. Для этого сначала в теплице следует вырыть котлован глубиной 10-15 см и накрыть землю слоем теплоизолятора, например полистирола. Сверху нужно положить слой полиэтиленовой пленки, обеспечивая тем самым надежную гидроизоляцию. Потом котлован засыпается крупнозернистым песком или гравием, укладываются обогревательные элементы, и только после этого укладывается грунт. Это очень простое приспособление позволяет даже при понижении температуры воздуха до -15 градусов Цельсия поддерживать в теплице необходимые температурные параметры как почвы, так и воздуха.

На основе этого простейшего приспособления для накопления солнечного тепла в грунте известна гелиотеплица. В слое глины на глубине 40-50 см укладываются асбестоцементные трубы диаметром 10-20 см по которым и будет циркулировать воздух, поверх этих труб насыпается обычная пригодная для выращивания растений почва. Воздух движется по трубам благодаря вентилятору, мощность которого должна быть в пределах 25-30 Ватт. При такой системе днем по трубам идет теплый воздух, который нагревает слой глины и почву теплицы, а ночью глина и грунт отдают свое тепло остывающему воздуху теплицы

Это близкое техническое решение, как и другие, описанные выше, описано в книге Е.Трибиса "Теплица и парник. М., "Рипол Классик, 2002 г., 160 страниц.

Другим близким к предлагаемому изобретению является приспособление по нашей заявке №2001119012/12(020179) от 09.07.2001 года под названием "Водогрей Рыбкина".

Приспособление работает на основе использования воды как аккумулятора солнечной энергии с помощью простейшей подвесной конструкции, изготовленной из эластичного водонепроницаемого материала, например прозрачной полиэтиленовой пленки "рукава", запаянной с торцов. При этом образуется закрытый пакет в виде "подушки". В срезанные верхние углы "пакета-подушки" вставляется опорная штанга или труба. "Пакет-подушку" подвешивают на штанге или трубе, которые с помощью подвески закрепляют на коньковой балке под крышей парника в верхней горячей зоне или просто закрепляют в любом другом изолированном пространстве, выполняющем роль "солнечной ловушки", например по сторонам у основания теплицы рядом с объектами полива или хозяйственного использования воды. Одна из сторон емкости, обращенная к южной стороне, или все стороны емкости, в зависимости от того где она установлена, затемнена или затемнены.

В полиэтиленовую емкость, образованную таким образом, опускается конец гибкого шланга с грузилом. Шланг в месте выхода из полиэтиленовой емкости фиксируют на опорной штанге. Другой конец шланга опускается вниз, образуя водовод с набором простых или электронных вентилей, или же зажимается или пережимается каким другим приспособлением ниже уровня емкости.

Но всем этим перечисленным теплицам присущ один единственный недостаток: высокая цена строительных материалов, топлива и энергетического обслуживания. Себестоимость продуктов, выращенных в теплицах с названным обогревом воздуха и почвы, очень высока, а поэтому производство овощей и фруктов, выращивание растений в условиях мелкотоварного производства становится просто нерентабельным.

Все описанные теплицы и устройства используются для создания определенных условий для выращивания растений и рассады культурных и дикорастущих растений.

Но в любом случае, всем известным техническим решениям подогрева теплиц, оранжерей и других укрытий растений присущи одни и те же недостатки: трудность с их помощью поддерживать благоприятные и стабильные условия влажности и тепла в течение длительного периода развития растений, когда по тем или иным причинам, забывают или не могут натопить вовремя или отключить систему отопления или перетапливают помещение теплиц, что ведет к агротехническому нарушению баланса развития растений.

Кроме того, следует учесть дороговизну строительных материалов и приборов для обустройства и сооружения отопительных установок теплиц и оранжерей, а также высокую стоимость энергии для отопления.

Предлагаемый защитный комплекс для растений лишен указанных недостатков и имеет ряд преимуществ над известными защитными укрытиями типа теплиц и оранжерей с установками для отопления и полива:

- замкнутый объем защитного сооружения для выращивания растений с применением защитного прозрачного покрытия. Облегчения сборки защитного комплекса добиваются за счет применения сварной оболочки в виде чехла, легко надеваемого и снимаемого при монтаже и демонтаже защитного комплекса. Подвесная закрытая емкость для воды, аккумулирующей солнечное тепло, соединенная с помощью трубы или шланга с ванной из водонепроницаемого, теплоизолирующего материала, заполненной слоем мелкозернистого песка или гальки, а поверх - слоем грунта, водяного насоса, элементов подогрева грунта, сводящих потери тепла к минимуму, так как в дневное время происходит постоянный процесс поступления и накапливания тепла, которое отдается почве и воздуху теплицы через слив нагретой воды в грунт в связи с похолоданием как в ночное время суток, так и при наступлении неблагоприятной для растений погоды;

- применение термодатчиков, датчиков влажности, прибора для поддержания оптимального режима, светочувствительных элементов, ламп подсвета, электронных вентилей, автоматического реле времени с датчиками оценки внутреннего состояния почвенной и воздушной сред с элементами подсвета, подогрева и полива растений снимает необходимость производить производственные процедуры вручную и держать в запоминающем устройстве моменты включения и выключения подсвета, обогрева и полива.

Целью изобретения является исключение ручных процедур полива растений, механическое заполнение водой емкости и механический слив воды из емкости для полива, регулировка уровня влажности почвы, а также оптимальный подогрев грунта почвы для выращивания растений с помощью аккумулированной солнечной энергии через полив при значительном уменьшении теплообразующих ресурсов, а также удаление из почвы лишней влаги при поливе, освещение и обогрев почвы и растений с заданным температурным режимом, программируемый ритм освещения, простота обслуживания при минимальном вмешательстве обслуживающего персонала.

Сущность изобретения состоит в том, что стенки котлована выступают за габариты опорного каркаса. Прозрачное защитное покрытие опорного каркаса выполнено в виде неразъемного сварного пленочного чехла, одеваемого на каркас и фиксируемого по нижнему контуру каркаса с помощью крючков или люверсов. Нижние концы чехла образуют откидные фартуки с возможностью закрепления свободных нижних краев защитного фартука на внешней стороне опорного каркаса, с внешней стороны по периметру опорного каркаса на дренажный слой уложены водяные аккумуляторы тепловой солнечной энергии из водонепроницаемого прозрачного пленочного материала.

Подвесная закрытая емкость для воды с водоводом, выходящим из нижней точки емкости, конец водовода опущен в стакан с боковыми отверстиями. С помощью вентилей и датчика уровня питательного раствора, обеспечивающих поддержание уровня воды или питательного раствора в грунте, насос, обеспечивающий закачку воды в закрытую емкость, поддержание заданного уровня воды в закрытой подвесной емкости, причем вентили расположены на водоводе и на отводных патрубках.

Один патрубок служит для закачки воды через водовод в закрытую емкость, другой патрубок, расположенный на водоводе в виде полукольца, служит для слива воды, тем самым обходя входное отверстие первого патрубка. К трубе, соединяющей насос с водоводом, подсоединена емкость для жидких удобрений. Нижний отрезок водовода вертикально подвижен и соединен с основным водоводом через гофрированную муфту, а положение нижнего конца задается с помощью рычага, имеющего опору на стакане, а уровень воды в грунте и питательного раствора контролируется поплавком с измерительной линейкой и прибором уровня питательного раствора.

Внутри объема опорного каркаса размещены термодатчики, датчики влажности, светочувствительные элементы, приборы для подогрева воздуха.

Вентили закрываются и открываются с помощью электронного прибора для поддержания микроклимата, получающего информацию от датчиков влажности, освещенности, термодатчиков и датчиков уровня и управляющего приборами для подогрева воздуха, лампами подсвета, форточками, вентиляторами и насосом.

Электронный прибор для поддержания микроклимата выполнен на основе программируемого микрочипа.

Таким образом, с помощью электронных приборов и принципа сообщающихся сосудов можно создать не просто теплицу, но и целый защитный комплекс, в котором можно не только задавать оптимальный уровень воды в почве грунта и время полива, но и поддерживать оптимальный режим подогрева, подсветки, тем самым регулировать развитие растений.

На чертеже изображен защитный комплекс для растений.

1. Опорный каркас.

2. Прозрачное защитное покрытие - чехол.

3. Котлован со стенками из теплоизолирующего и водонепроницаемого материала.

4. Разделительная водопроницаемая пленка.

5. Защитный фартук.

6. Дренажный слой.

7. Грунт с верхним слоем плодородной почвы.

8. Закрытая емкость для воды.

9. Водовод.

10. Нижний конец водовода.

11. Гофрированная вставка.

12. Обходной патрубок.

13. Вентили.

14. Водяной насос.

15. Стакан.

16. Поплавок с измерительной линейкой.

17. Подвижный патрубок водовода.

18. Водяные аккумуляторы тепловой солнечной энергии.

19. Приборы для подогрева воздуха.

20. Нагревательные элементы.

21. Лампы подсвета.

22. Датчики влажности.

23. Термодатчики.

24. Датчики освещенности.

25. Емкость для жидких удобрений.

26. Датчик уровня.

27. Фиксаторы фартука.

28. Ручка установки уровня питательного раствора.

29. Электронный прибор для поддержания оптимального режима микроклимата.

На чертеже изображен общий вид защитного комплекса для растений, где опорный каркас комплекса (1) опирается на грунт с верхним слоем плодородной почвы (7). Котлован для грунта (3) образован из теплоизолирующего и водонепроницаемого материала. Края стенок котлована (3) выходят на поверхность грунта за пределами опорного каркаса (1). Нижний объем котлована (3) заполнен вначале грунтом, а на ложе - инертным дренажным материалом (крупнозернистым песком, галькой, щебнем), укрытым разделительной водопроницаемой пленкой (4), исключающей перемешивание грунта с материалом дренажного слоя (6).

Нагревательные элементы (20) и термодатчики (23) уложены в дренажный слой (6) и служат для подогрева и поддержания заданной температуры грунта с верхним слоем плодородной почвы (7).

По внешним сторонам опорного каркаса (1) натянуто прозрачное защитное покрытие, выполненное в виде сварного чехла (2), фиксируемого по нижнему контуру каркаса с помощью крючков или люверсов - фиксаторы фартука (27). Нижние края стенок из теплоизолирующего и водонепроницаемого материала котлована выходят на поверхность грунта (3) и заканчиваются откидными защитными фартуками (5), которые крепятся, при необходимости, на внешних контурах по периметру опорного каркаса (1). Защитные откидные фартуки (5), в определенные периоды роста растений, защищают от проникновения вредителей внутрь защитного комплекса, а также позволяют регулировать сток атмосферных осадков с прозрачного защитного покрытия чехла (2) внутрь котлована. (3),

Внутри опорного каркаса (1) подвешена в "горячей зоне" закрытая емкость для воды (8), которая наполняется и опустошается при поливе с помощью водовода (9). От этого водовода (9) отходит патрубок (12) для закачки воды, который запирается вентилем (13). Обходной патрубок водовода (12) образует на водоводе (9) полукольцо для независимого слива воды и запирается вентилем (13), регулирующим заданный сток воды из главного водовода (9). Нижний конец водовода (17), снабженный гофрированной вставкой (11), опускается в стакан (15), с отверстиями, в нижней части, а сам стакан (15) несколько большего диаметра, чем сам водовод, позволяет не только свободно вынимать водовод (9) из стакана (15), не повреждая грунта, но и менять расположение водовода (9) вместе со стаканом (15) по площади грунта.

В других внутренних точках опорного каркаса (1) размещены датчики влажности (22), датчики освещенности (24), лампы подсвета (21). На патрубке (9) размещена емкость для жидких удобрений (25) и электронный прибор для поддержания оптимального режима микроклимата (29).

Защитный комплекс работает следующим образом

Перед сборкой защитного сооружения готовится котлован (3) заданной глубины. Дно котлована и стенки вначале устилаются теплоизолирующим и водонепроницаемым материалом (3), затем насыпается слой крупнозернистого песка или гальки или другого дренажного материала, так называемый дренажный слой (6), затем укрывается разделительной водопроницаемой пленкой (4) и уже затем сверху засыпается слой плодородного грунта, образующего почву (7). Затем устанавливается опорный каркас (1), на который накидывается сверху прозрачное защитное покрытие-чехол (2), выполненное в виде сварной палатки, и фиксируется (27) по нижнему контуру опорного каркаса (1).

Под коньком, внутри защитного комплекса для растений (см. чертеж) подвешивается закрытая прозрачная емкость для воды (8), от которой отходит вниз водовод (9). В подвесную закрытую емкость (8) вода закачивается с помощью ручного или электрического насоса (14). Закачка воды и спуск воды подогретой теплом, аккумулируемого в верхней зоне объема защитного комплекса, управляется с помощью вентилей (13). Лампы подсвета (21) и подвесные приборы подогрева воздуха (19) управляются от электронного прибора для поддержания оптимального режима микроклимата (29) и создают необходимый уровень освещения и тепла внутри объемного пространства защитного комплекса.

Наружные края котлована (3) выходят за поверхность, образуют откидные защитные фартуки (5). При откинутом защитном фартуке (5) обеспечивается сбор атмосферных осадков, стекающих по наружным стенкам прозрачного покрытия (2) опорного каркаса (1). Свободные концы краев защитных фартуков (5) по нижнему контуру опорного каркаса (1), крепятся на фиксаторах фартука (27) (на крючках, люверсах, "липучках" или "репейниках"), тем самым обеспечивая регулирование использования атмосферных осадков и обеспечивая защиту от попадания вредителей растений внутрь защитного сооружения.

В дренажном слое (6) перед засыпкой грунта с верхним слоем плодородной почвы (7) укладываются нагревательные элементы (20). Через грунт (7) и дренажный слой (6), проходит стакан (15), образующий скважину. В стакан (15) опускается нижний конец водовода (10) подвижного патрубка водовода (17) от закрытой подвесной емкости для воды (8). Благодаря соединительной гофрированной вставке (11) и ручке установки уровня питательного раствора (28), установленной на краю стенки стакана (15), опуская или поднимая нижний конец ручки (28), можно регулировать уровень питательного раствора в дренажном слое (6). Подводящий водовод (9) обеспечивает закачку воды в закрытую подвесную емкость для воды (8), а с помощью механических или электронных вентилей (13), расположенных как на самом водоводе (9), так и на отводном патрубке (12) водовода (9), обеспечивается регулировка слива и заполнения закрытой подвесной емкости для воды (8).

Обходной патрубок (12), расположенный на водоводе (9) в виде полукольца служит для слива воды в грунт с верхним слоем плодородной почвы (7). Уровень воды в дренажном слое (6) контролируется поплавком с измерительной линейкой (16). На подводящем водоводе (9), соединяющем водяной насос (14) с закрытой емкостью для воды (8), установлена емкость для жидких удобрений (25), которые поступают в почву по команде электронного прибора для поддержания оптимального режима микроклимата (29).

Благодаря высокой прозрачности материала, из которого изготавливаются стенки чехла (2) защитного комплекса, обеспечивается хорошая освещенность растений.

Для исключения перегрева от избыточной солнечной радиации прозрачное защитное покрытие (2) опорного каркаса (1) можно также покрывать слоем состава, меняющего свою прозрачность в зависимости от интенсивности светового потока.

В защитном комплексе для растений исключается потеря тепла на испарение, причем температура грунта поддерживается на уровне окружающей среды, а дополнительная подсветка растений повышает эту температуру на несколько градусов.

Применение облицовки котлована, снабженного теплоизолирующим слоем (3) и нагревательными элементами (20), позволяет поддерживать более высокую температуру для некоторых растений. Быстрому поглощению воды из грунта способствует тонкий слой крупнозернистого песка или гальки. Одновременно, при необходимости, защитный комплекс, оснащенный автоматическими программируемыми датчиками, позволяет добиться устойчивой оптимальной температуры на заданном уровне или же менять ее по программе.

Полив растений, при необходимости, производится с помощью водовода (9), который вместе с основой из крупнозернистого песка или гальки и грунтом котлована (3) образует сообщающийся сосуд, поддерживающий заданный уровень воды в грунте (7) котлована (3).

Защитный комплекс для растений можно использовать также для сохранения домашних растений в период длительного отсутствия хозяина, так как автоматическое поддержание оптимального режима содержания растений может происходить без участия человека.

Защитный комплекс для растений может быть использован для подготовки почвы перед посадкой растений. Для чего земляную смесь, предварительно обработанную, высыпают на поверхность грунта (7), поливают водой, поступающей через водовод (9) нагретой солнцем в закрытой емкости воды (8), и оставляют без посадки растений на одну или две недели для размножения полезных микроорганизмов. При этом защитный комплекс вместе с приготовляемой почвой не требует никакого ухода и контроля до момента посева или посадки растений.

Использование предлагаемого защитного комплекса для растений позволяет получать высокие урожаи овощей и других культур, как домашних, так и дикорастущих растений. Можно выращивать по оптимальным для растений тепловым режимам с нормированием как влаги, так и подкормки, даже редкие экзотические виды растений, такие как авокадо или ананасы.

Защитный комплекс для растений был испытан автором в круглогодичных циклах 2001-2004 годах для выращивания роз элитного вида "Черная Маргарита" и показал полную пригодность для этих целей. За весь период выращивания многолетних цветов, полив проводился только один раз за каждый летний сезон.

Изобретение еще ценно тем, что нет проблемы в электронном обеспечении комплекса, так как выпускаемые нашей промышленностью радиотехнические элементы можно найти в любом специализированном магазине, а теплоизоляционные и полиамидные ткани всегда продаются в необходимом количестве в магазине "Садовод". Нужно только понять, что тебе нужно и приспособить известные изделия современной промышленности к новому конструктивному назначению, дающему необходимый положительный эффект.