Теплица, обогреваемая с помощью попутного нефтяного газа

Полезная модель относится к культивационным сооружениям для выращивания растений на закрытом грунте в условиях искусственно создаваемого микроклимата и может использоваться в сельском хозяйстве и тепличных хозяйствах при населенных пунктах для круглогодичного выращивания овощей, фруктов, цветов и др. в нефтедобывающих районах с суровым климатом.

Предлагается теплица, включающая каркас, светопроницаемые элементы, и средство ее теплоснабжения в форме трубопровода с протекающим по нему теплоносителем, а также источник тепла, которым является газовая горелка на попутном нефтяном газе, и которая выполнена таким образом, что нагревает теплоноситель трубопровода.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания обогреваемой теплицы, способной работать круглогодично в районах с суровыми климатическими условиями, экономичной и безопасной.

Полезная модель относится к культивационным сооружениям для выращивания растений на закрытом грунте в условиях искусственно создаваемого микроклимата и может использоваться в сельском хозяйстве и тепличных хозяйствах при населенных пунктах для круглогодичного выращивания овощей, фруктов, цветов и др. в нефтедобывающих районах с суровым климатом.

В настоящее время Россия занимает первое место в мире по объемам сжигания попутного нефтяного газа. По оценкам экспертов, только в Западной Сибири, основном нефтедобывающем регионе России, сжигается около 20 млрд.м³ газа в год, что сопровождается значительными негативными воздействиями на окружающую среду и здоровье населения. Так, сжигание попутного нефтяного газа на факелах способствует ухудшению экологической обстановки в регионе за счет огромного потребления кислорода, а тепловое излучение усиливает парниковый эффект. Сжигание газа вызывает кислотные дожди и ухудшение состояния почвы. Местное население при этом страдает респираторными и кожными заболеваниями. При сжигании и технологических потерях попутный нефтяной газ обогащает атмосферу диоксидом углерода и активной сажей, что не совместимо с требованиями Киотского протокола. Статистические данные по Ханты-Мансийскому автономному округу, основному нефтегазодобывающему региону России, свидетельствую о том, что заболеваемость населения по многим классам болезней выше общероссийских показателей и данных по Западно-Сибирскому региону в целом, а по ряду заболеваний (новообразования, болезни нервной системы и органов чувств и пр.) наблюдается тенденция к росту.

Вместе с тем регионы, имеющие проблемы с утилизацией попутного газа, испытывают потребность в свежих овощах, фруктах, травах и др. растениях. Предлагаемая теплица предназначена в первую очередь для таких регионов, включая Крайний Север.

Известно большое количество конструкций теплиц - все они представляют собой закрытые помещения со светопроницаемыми элементами: крышей и/или стенами. В теплицах, предназначенных для более раннего получения урожая в местностях с достаточно теплым климатом, как правило, микроклимат формируется за счет естественного источника тепла - солнца. В местностях с более суровым климатом, или для более раннего, или для круглогодичного выращивания растений, например, овощей, фруктов, цветов, ягод используются теплицы с подогревом почвы и/или воздуха в них.

Так, известна теплица, содержащая светопрозрачное покрытие и надпочвенную систему обогрева, выполненную в виде замкнутой подпочвенной зоны, соединенной с атмосферой и пространством под светопрозрачным покрытием, которая снабжена вытяжной шахтой, расположенной в верхней части светопрозрачного покрытия со стороны торца, противоположного торцу, у которого расположен подающий патрубок [Патент РФ 2304876]. Подпочвенная зона выполнена в виде заглубленного в грунт воздуховода-теплообменника, представляющего собой изогнутую трубу. Воздухозаборное устройство расположено со стороны одного торца теплицы, а подающий патрубок - с противоположного. Недостатком этой теплицы является ее непригодность для регионов с суровым климатом.

Известна теплица, утилизирующая подпочвенное тепло, включающая светопрозрачное покрытие и установленную надпочвенную систему обогрева, выполненную в виде заглубленных в грунт трубок, соединяющих подпочвенную зону с атмосферой, в подпочвенной зоне создают замкнутую полость и устанавливают в ней нижние концы трубок [Патент РФ 2190317]. Часть трубок соединяют с атмосферой под покрытием, а часть - за его пределами. Эта теплицы также непригодна для регионов с суровым климатом.

Известна теплица, содержащая установку для ее отопления, включающую котел, систему обогрева шатра теплицы, подключенную к котлу, контактный утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, систему подпочвенного обогрева теплицы, бак-аккумулятор, воздушный декарбонизатор с патрубком отвода выпара, соединенный трубопроводом с всасывающим коробом дутьевого вентилятора котла, два воздухоподогревателя, выходной патрубок одного из которых соединен трубопроводом через дымосос с каналом отвода уходящих продуктов сгорания в атмосферу, а второго - с воздушным декарбонизатором, а также систему газораспределения теплицы [Патент РФ 2167512]. Система газораспределения теплицы соединена через фильтр трубопроводом с каналом отвода продуктов сгорания в атмосферу и дополнительно трубопроводом - с генератором углекислого газа. Установка воздухоподогревателей позволяет повысить экономичность и надежность подогрева за счет подачи в декарбонизатор подогретого воздуха, что повышает качество дегазации воды и температуру дутьевого воздуха и подсушки уходящих продуктов сгорания путем подмешивания к ним горячего воздуха. Эта теплица также не годна для круглогодичного использования в районах с суровым климатом.

Известна теплица, в которой реализуется способ обогрева, в соответствии с которым осуществляют конвективный нагрев воздуха за счет непосредственного сжигания газа в микрофакельных горелках, расположенных в объеме теплицы, а радиационный нагрев - посредством сжигания газа в радиационных горелках [Заявка РФ 98113745/13]. Эта теплица также не пригодна для круглогодичного использования в районах с суровым климатом.

Известна теплица с обогревом, которая содержит прозрачный для солнечного излучения корпус, внутри которого установлена система обогрева, представляющая собой систему облучения растений с источниками излучения, теплообменными контурами и трубопроводами, при этом система обогрева снабжена воздухонагревателем и тепловым насосом с приводом [Патент РФ 205609]. Теплообменные контуры размещены по поверхности отражающих экранов и сообщены с воздухонагревателем. Воздухонагреватель же размещен вдоль ограждения теплицы и выполнен в виде емкостей с параллельными верхним и нижним основаниями. В этой теплице в качестве теплоносителя используется жидкость, например вода. Эту теплицу также невозможно использовать в суровых погодных условиях.

Известна также теплица с обогревом, в которой обогрев также происходит за счет подачи внутрь теплицы нагретой воды, при этом система отопления теплицы не содержит систему обогрева ее шатра, а предполагается, что внутренний объем шатра будет нагреваться от прогреваемой почвы [Патент РФ 2150818]. Такая конструкция теплицы исключает возможность ее эффективного прогрева даже в слабые морозы, т.к. нагреть воздух под шатром теплицы при низкой температуре наружного воздуха можно, только перегревая почву.

Известна теплица, содержащая систему расположенных под почвой теплицы труб; водяной котел с газовой горелкой; смесительную камеру; систему обогрева шатра теплицы нагретым воздухом; конденсационный поверхностный утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, установленный в основном газоходе и подключенный по водяному тракту к системе подпочвенного обогрева теплицы; сборник конденсата продуктов сгорания, снабженный гидравлическим затвором; сепарационное устройство - каплеуловитель; систему газораспределения теплицы, соединенную через фильтр трубопроводом с каналом отвода продуктов сгорания в атмосферу и дополнительно другим трубопроводом - с генератором углекислого газа [Патент РФ 2181939]. Система обогрева шатра теплицы нагретым воздухом выполнена в виде трубопровода, по которому через подшатерное пространство теплицы пропускается часть продуктов сгорания горелки. И система металлических труб, расположенных под почвой теплицы, и система обогрева шатра теплицы нагретым воздухом подключены к водяному котлу; конденсационный поверхностный утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания установлен в основном газоходе и подключен по водяному тракту к системе подпочвенного обогрева теплицы, а система газораспределения теплицы соединена через фильтр трубопроводом с каналом отвода продуктов сгорания в атмосферу и дополнительно другим трубопроводом - с генератором углекислого газа.

В данной теплице не обеспечивается достаточно высокая экономия тепловой энергии, т.к. нагреваемый внутри нее воздух в дальнейшем выходит наружу. Происходит это из-за того, что подаваемый под шатер теплицы воздух сможет перемешаться с имеющимся там более холодным воздухом только, если часть этого более холодного воздуха будет вытеснена из-под шатра теплицы. Таким образом, часть уже находящегося в теплице нагретого, хотя и более холодного, воздуха будет постоянно выбрасываться наружу и вместе с этим воздухом будет уходить часть тепла. Кроме того, нагревание воздуха под шатром от трубопровода с горячей водой усиливает конвективное перемешивание всей массы воздуха, что, в свою очередь, повышает интенсивность охлаждения этой массы воздуха из-за усилившегося его контакта с холодными стенками теплицы. К сказанному следует добавить и то, что использование воды для обогрева теплицы усложняет ее обслуживание, т.к. требует довольно сложного ухода за трубопроводами, которые в этом случае подвержены сильной коррозии, и за запорной арматурой к этим трубопроводам - вентилями и кранами, за которыми необходимо постоянно следить, чтобы исключить их протекание. Данная конструкции теплицы является, кроме того, сложной сама по себе, т.к. в ее состав входит наряду с системой водяного подпочвенного обогрева также и система воздушного обогрева подшатрового пространства теплицы. Причем система воздушного обогрева подшатрового пространства теплицы должна сопрягаться с системой удаления продуктов сгорания и забирать у этих продуктов тепло.

Известна теплица с обогревом воздуха, которая содержит прозрачный для солнечного излучения корпус, внутри которого установлено нагревательное устройство, а также выполнена система расположенных под почвой теплицы металлических труб и система обогрева шатра теплицы нагретым воздухом [Патент РФ 2283578]. Нагревательным устройством является установленный в одном из ее торцов тепловентилятор, содержащий нагреватель. Всасывающий патрубок этого тепловентилятора выведен в подшатерный объем теплицы, а его выходной патрубок соединен с системой расположенных под почвой теплицы металлических труб. Система обогрева шатра теплицы нагретым воздухом выполнена в виде двух наружных подшатерных труб, каждая из которых расположена горизонтально вдоль одной из боковых сторон теплицы по всей длине этих сторон на высоте, не превышающей один метр, и в каждой из которых на обращенной к шатру теплицы стороне выполнены сквозные отверстия. При этом каждая из указанных наружных подшатерных труб своим концом, расположенным в том торце теплицы, который противоположен торцу с установленным тепловентилятором, присоединена к системе расположенных под почвой теплицы металлических труб.

Способ обогрева этой теплицы заключается в том, что забирают воздух из подшатерного пространства теплицы с помощью тепловентилятора, пропускают его через нагревательное устройство, затем часть нагретого воздуха через обдувающий патрубок отводят в подшатерное пространство теплицы. Другую часть нагретого воздуха подают по металлическим трубам сначала в подпочвенный слой теплицы, а из подпочвенного слоя теплицы по трубам непосредственно в ее подшатерное пространство.

Эта теплица с обогревом является ближайшим аналогом предлагаемой и принята за прототип полезной модели.

Недостатком прототипа является то, что источник тепла находится непосредственно во внутреннем пространстве теплицы, что опасно при возникновении нештатных ситуаций. Кроме того, такая теплица непригодна для круглогодичного выращивания растений: овощей, цветов, ягод и др. в районах с суровыми климатическими условиями, например, на Крайнем Севере, так как требует настолько значительных затрат электроэнергии, что названная продукция будет иметь очень высокую стоимость.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания обогреваемой теплицы, способной работать круглогодично в районах с суровыми климатическими условиями, экономичной и безопасной.

Поставленная задача решается тем, что предлагается теплица, включающая каркас, светопроницаемые элементы, и средство ее теплоснабжения в форме трубопровода с протекающим по нему теплоносителем, а также источник тепла, нагревающего названный теплоноситель, причем источником тепла является газовая горелка на попутном нефтяном газе.

Газовую горелку целесообразно располагать вне объема теплицы в котельной, чтобы не допустить каких-либо внештатных ситуаций.

Трубопровод может быть расположен выше поверхности почвы и выполнен в форме газохода, а теплоносителем является воздух.

Трубопровод может быть расположен выше поверхности почвы, а теплоносителем является вода.

Трубопровод может быть расположен ниже поверхности почвы и выполнен в форме газохода а теплоносителем является воздух.

Трубопровод может быть расположен ниже поверхности почвы, а теплоносителем является вода.

Трубопровод может быть выполнен из металлических труб, или из полихлорвиниловых труб.

Газоход может быть выполнен из жести, прямоугольного сечения и снабжен окнами для выхода нагретого воздуха

Светопроницаемые элементы могут быть выполнены из стекла, или сотового поликарбоната.

Светопроницаемыми элементами могут быть только крыша - для низких теплиц, или является крыша и стены теплицы.

Для увеличения освещенности в объеме теплицы могут быть установлены ксеноновые лампы.

Трубопровод целесообразно выполнять в виде продольных труб, расположенных вдоль стен теплицы и поперечных труб, соединяющих между собой названные продольные трубы.

Газоходы целесообразно располагать вдоль стен теплицы на высоте приблизительно 2.5 м.

Теплица может быть оснащена средством орошения

На базе предлагаемой теплицы целесообразно создавать тепличные хозяйства с общим источником тепла.

На рисунке изображена предлагаемая теплица, где 1 - каркас, 2 - светопроницаемые элементы, 3 - газоход, 4 - котельная, содержащая газовую горелку, 5 - мини-электростанция, 6 - устройство подготовки газа., 7 - ксеноновая лампа.

Теплица осуществляет свою функцию следующим образом.

Через светопроницаемые элементы 2, выполненные, например, из сотового поликарбоната, и установленные на каркасе 1, например, из стального уголка 50×50×5 мм, в теплицу поступает солнечная энергия, которая нагревает воздух в ее объеме. Сотовый поликарбонат является высокотехнологичным строительным материалом и предназначен для конструирования светопрозрачных конструкций. Панели сотового поликарбоната способны выдержать значительные снеговые и ветровые нагрузки. Кроме того, этот материал химически стоек и экологичен. Он сохраняет свои свойства в диапазоне температур от -50°С до 120°С. Низкий вес панелей (поликарбонат легче стекла аналогичной толщины в 10-15 раз), высокая ударопрочность, высокая тепло- и звукоизоляция, высокое светопропускание - до 76%, рассеивание световых лучей делают его более предпочтительным для светопропускающих элементов теплицы в сравнении со стеклом. Пустотелая форма листов сотового поликарбоната обеспечивает более высокие теплоизоляционные характеристики при меньших потерях тепла, чем у сплошных материалов для остекления.

Попутный нефтяной газ поступает в котельную установку 4, где он сжигается на газовой горелке. Для отвода продуктов сгорания используется дымоход. Котельная установка предназначена для преобразования энергии, наделяющейся при сгорании газа в тепловую энергию, которая используется для снабжения объема теплицы теплом, а также подогрева воды для орошения.

Через систему теплообменников теплом сгорания попутного газа нагревается воздух. Внутренний объем теплицы имеет воздушное отопление - подогретый при сгорании топлива воздух равномерно распределяется по ее объему с помощью газоходов 3. Прокачивая через себя заполняющий теплицу воздух и подогревая его до температуры приблизительно 40°С, подогреватель воздуха нагнетает поток нагретого воздуха в сеть приточных воздуховодов из оцинкованной жести, которые располагаются по периметру теплицы, на некотором расстоянии от ее стенок и на высоте около 2,5 м. Чтобы обеспечить обдув светопроницаемых элементов, равномерную температуру в объеме теплицы, а также оптимальную подвижность воздушных масс, на подающих отверстиях в газоходах ставят вентиляционные решетки.

Также для обогрева почвы теплицы в ней располагаются трубопроводы с теплоносителем, нагреваемым теплом от сгорания попутного газа. Эти трубопроводы могут быть выполнены, например, из поливинилхлоридных труб различных диаметров. Так, по периметру теплицы протягиваются два ряда 100 мм поливинилхлоридные трубы, которые через каждые 2 м соединяются между собой такими же 50 мм трубами. Таким образом обеспечивается подпочвенный обогрев теплицы.

Свет, необходимый растениям для вегетации, имеет меньшую область спектра, чем свет, который требуется человеческому глазу для различения цветов. Поэтому для обеспечения растений светом выпускают специальные светильники, излучающие свет только в синем и красном спектре. В теплице установлены ксеноновые светильники 7, например, ксеноновые лампы ДКСТВ-6000. Одной такой лампы достаточно на 20 м² площади теплицы. Поэтому целесообразно разбить освещение теплицы на 2 одинаковые половины с освещением каждой половины по 12 часов в сутки.

Для создания необходимого для растений микроклимата в объеме теплицы она должна иметь систему орошения. Нагрев воды для системы орошения в холодное время года также осуществляется теплом, получаемым от сгорания попутного нефтяного газа. Система полива представляет собой, например, 5 рядов оросительных ГГОХ труб диаметром 25 мм, установленных вдоль длинной стороны теплицы. Оросители (разбрызгиватели) располагаются равномерно по площади теплицы из расчета, что один ороситель орошает около 10 м². Вода может поступать из отдельной скважины, или водопровода.

Например, производительность котла производства Бийского котельного завода Прометей 3,5-115Гс с горелкой G11/1-D (Weishaupt) составляет 3 Гкал/ч>1,444 Гкал/ч, следовательно, для отопления теплицы и служебных помещений требуется одна котельная такого типа.

Проблема энергообеспечения решается путем независимого энергоснабжения с помощью газопоршневтой мини-электростанции, работающая на том же попутном нефтяном газе.

Для сепарации газа необходимо устройство подготовки попутного газа 6, в котором газ подвергается ряду преобразований: осушается - избавляется от водяных паров, очищается от различных механических примесей, тяжелых фракции нефти, смол, парафинов и других вредных примесей и далее уже подготовленный сухой газ подается на сжигание. В качестве системы подготовки газа производительностью 1200 м/ч., пможет использоваться, например, блок БПГ-2 (ОАО «СибКомплектМонтаж»).

Таким образом, предлагаемая теплица может работать круглогодично, утилизируя тепло попутного нефтяного газа, что в совокупности позволяет выращивать необходимые овощи, фрукты, цветы и др. в районах с суровым климатом, например, в районах Крайнего Севера, улучшить экологическую ситуацию в этих районах и повысить рентабельность растениеводства.

На основе предлагаемой теплицы целесообразно создавать автономные тепличные хозяйства, которые, учитывая нерентабельность укладки газопроводов на значительные расстояния от каждой скважины выхода попутного нефтяного газа, имеет смысл располагать непосредственно в местах нефтедобычи.

Для создания круглогодично действующего автономного тепличного хозяйства на попутном нефтяном газе требуются:

1) теплицы предлагаемой конструкции для круглогодичного выращивания растений при заданной оптимальной температуре вегетации растений 23-25°С;

2) нефтяная скважина - для получения необходимого рабочего объема нефтяного попутного газа;

3) электростанция - для энергоснабжения тепличного хозяйства;

4) линии электропередач внутри хозяйства - для подачи электроэнергии;

5) автономный подземный водозабор - для бесперебойной подачи воды для полива растений.

Основная производимая продукция такого тепличного хозяйства -томаты и огурцы. В год в среднем с 1 м² может быть получено до 30 кг продукции. Реализацию продукции, возможно, производить в близлежащих населенных пунктах, вахтовых поселках. Следовательно, данный вариант утилизации попутного нефтяного газа по сравнению с другими гораздо больше привязан к транспортным путям, хотя учитывая хорошее качество дорог в местах нефтедобычи (например Ханты-Мансийский автономный округ), это не является большой проблемой.

Создание таких тепличных хозяйств приведет к обеспечению районов Крайнего Севера недорогими экологически чистыми овощами, являющимися дефицитными в данном месте, а так же к значительному снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Все это в значительной степени повлияет на уровень здравья населения.

1. Теплица, включающая каркас, светопроницаемые элементы и средство ее теплоснабжения в форме трубопровода, расположенного ниже или выше поверхности почвы, с протекающим по нему теплоносителем, а также источник тепла, нагревающий названный теплоноситель, в виде газовой горелки на попутном нефтяном газе, которая расположена вне объема теплицы.

2. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод, расположенный выше поверхности почвы, выполнен в форме газохода, а теплоносителем является воздух.

3. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что в трубопроводе, расположенном выше поверхности почвы, теплоносителем является вода.

4. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что в трубопроводе, расположенном выше поверхности почвы, теплоносителем является воздух.

5. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что в трубопроводе, расположенном ниже поверхности почвы, теплоносителем является вода.

6. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что газовая горелка выполнена таким образом, что дополнительно является источником электроэнергии.

7. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод выполнен из металлических труб.

8. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что трубопровод выполнен из полихлорвиниловых труб.

9. Теплица по п.3, отличающаяся тем, что газоход выполнен из жести и снабжен окнами для выхода нагретого воздуха.

10. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что светопроницаемые элементы выполнены из стекла.

11. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что светопроницаемые элементы выполнены из сотового поликарбоната.

12. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что светопроницаемыми элементами является крыша и/или стены теплицы.

13. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что в ее объеме установлены ксеноновые лампы.

14. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена системой орошения.

15. Теплица по п.5 или 6, отличающаяся тем, что трубопровод включает продольные трубы, расположенные вдоль стен теплицы, и поперечные трубы, соединяющие между собой названные продольные трубы.

16. Теплица по п.2, отличающаяся тем, что газоходы расположены вдоль стенок теплицы на высоте приблизительно 2,5 м.

17. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что источник тепла является общим для множества теплиц, объединенных в тепличное хозяйство.