Теплица башенного типа
Полезная модель относится к области сельского хозяйства, в частности, к теплицам башенного типа, и направлена на повышение энергоэффективности процесса выращивания растений; повышение удобства обслуживания при уплотнении посадки растений и уменьшение габаритных размеров теплицы; обеспечении повышенной мобильности в собранном виде; повышение конструктивной пригодности к автоматизации процесса выращивания растений. Указанный технический результат достигается в теплице, выполненной вертикально ориентированной и включает в себя светопроницаемое теплозащитное внешнее покрытие, закрепленное для образования стенки и потолка на каркасе, на котором вверху подвешено поворотное (потолочное) устройство позиционирования выращиваемых культур и связанную через электроуправляемый исполнительный механизм с дверью для обслуживания и вентиляции систему отопления, аккумулирования тепла и вентиляции, стационарную систему полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур, светоотражающий теплоизоляционный защитный экран, и средство освещения, расположенное во внутреннем пространстве теплицы. 11 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.
Полезная модель относится к области сельского хозяйства, в частности, к теплицам башенного типа, и предназначена для выращивания растений, овощей и ягодных культур.
Из существующего уровня техники известна простейшая теплица с каркасом из металлических прямоугольных профильных труб с внешним светопроницаемым теплозащитным ограждением, отличающаяся своей арочной формой, расположением в центральной части фронтонов входной двери для доступа внутрь обслуживающего персонала, наличием в центре теплицы прохода для обслуживания и нижним (напольным) положением выращивания растений на грядках, расположенных слева и справа от прохода.
Недостатком данной конструкции является большая занимаемая площадь под посадки растений и, как следствие, большие габаритные размеры теплицы.
Известна пространственная вертикальная теплица, включающая фундамент, светопрозрачные ограждения, вентиляционные каналы с отверстиями, стойки. Теплица выполнена, по крайней мере, из двух этажей, причем диаметр первого этажа на 1-100 м больше последующих, в котором расположены, по крайней мере, два мини-цеха для переработки продукции с подъездными коридорами и объектами культурного назначения, а в последующих этажах установлены вертикальные грядки с возможностью выращивания и полива растений, при этом теплица снабжена шахтой для, по крайней мере, одного грузового лифта, установленного на каждом этаже, по боковым сторонам которого установлены противопожарные лестницы, крышей, по поверхности которой установлены солнечные батареи, а под крышей - емкости с трубопроводами подвода и отвода воды, а также аппаратурой климат контроля и влажности, лампами освещения и вентиляторами, которые установлены в помещении каждого этажа, причем стены последних выполнены из светопрозрачного ограждения, закрепленного на стойках с вентиляционными каналами с отверстиями (RU 111972, 10.01.2012).
Недостатком данной конструкции теплицы является сложность конструкции, низкая энергоэффективность процесса выращивания растений.
Известна теплица башенного типа, содержащая размещенный симметрично оси теплицы вертикальный каркас с охватывающей его с внешней стороны кольцевой стеной, образованной вертикальными стойками и светопроницаемым покрытием, радиальные балки, опирающиеся своими концами на концевые балки вертикальных стоек и каркаса и имеющие стеллажи, подъемник, установленный в вертикальных направляющих, крышку, покрытую светопроницаемым покрытием, и основание, заглубленное в грунт с выходом за пределы теплицы, отличающаяся тем, что она снабжена размещенным на крышке электрогенератором и потолком, расположенным между крышей и каркасом с образованием между крышей и потолком пространства, в котором установлены батареи светочувствительных элементов и баки для воды, причем батареи расположены одна относительно другой с образованием радиальных промежутков, а баки для воды размещены под последними, при этом каркас образован вертикальными направляющими подъемника, который выполнен в виде открытого со всех боковых сторон лифта, имеющего ручную лебедку и закрепленный под потолком теплицы канатный блок, канат которого одним концом присоединен к лебедке, а другим к лифту, а основание теплицы выполнено в виде погреба с закладной крышкой (RU 2042305, 27.08.1995).
Однако данная конструкция теплицы не устраняет указанные выше недостатки.
Известна вертикальная теплица башенного типа, в которой каждая площадка выполнена в виде пространственного модуля, состоящего из двух частей - периферийной части в виде контейнера для растений, и внутренней части, выполненной в виде, по-крайней мере, двух ступенек, расположенных по винтовой линии, при этом каждая площадка закреплена периферийной частью на светопропускающем ограждении, а внутренней частью - на центральном силовом элементе, причем нижняя ступень внутренней части связана с верхней ступенью нижерасположенной площадки, и ступеньки всех площадок образуют винтовую лестницу (RU 139009, 27.03.2014). Данный патент может быть принят в качестве прототипа.
Недостатками указанной выше конструкции теплицы является ее сложность в изготовлении, монтаже и эксплуатации.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании теплицы башенного типа, которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в:
- повышении энергоэффективности процесса выращивания растений;
- повышении удобства обслуживания при уплотнении посадки растений и уменьшении габаритных размеров теплицы;
- обеспечении повышенной мобильности в собранном виде;
- повышении конструктивной пригодности к автоматизации процесса выращивания растений.
Указанный технический результат достигается в теплице, выполненной вертикально ориентированной и включает в себя светопроницаемое теплозащитное внешнее покрытие, закрепленное для образования стенки и потолка на каркасе, на котором вверху подвешено поворотное (потолочное) устройство позиционирования выращиваемых культур, а также связанную с дверью для обслуживания и вентиляции систему отопления, аккумулирования тепла и вентиляции, стационарную систему полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур, светоотражающий теплоизоляционный защитный экран, и средство освещения, расположенное во внутреннем пространстве теплицы.
Поворотное устройство позиционирования выращиваемых культур подвешено к центральной точке потолка и выполнено с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, при этом к нему прикреплено восемь подвесных горшков с растениями, расположенных вокруг центральной вертикальной оси каркаса и при вращении поворотного устройства позиционирования выращиваемых культур выполнены с возможностью прохождения по траектории вдоль стены, в непосредственной близости от нее и дверного проема теплицы.
Высота потолка выполнена на такой отметке, при которой подвешенные на поворотном устройстве позиционирования выращиваемых культур подвесные горшки с растениями, корнями вверх, занимают около 2/3 верхнего пространства теплицы по вертикали, оставляя пол теплицы свободным и занимая наиболее теплую зону, образованную конвекцией.
Поворотное устройство позиционирования выращиваемых культур выполнено в виде диска, или крестовины, или звезды, где на равном удалении от центра размещены крючки или кронштейны, на которых прикреплены подвесные горшки с растениями, образующими в центре пустое полезное пространство.
Теплица имеет свободное пространство пола в центре для вертикальной установки цилиндрического аккумулятора тепла с жидкостным теплоносителем, корпус которого является и радиатором, а верхняя его плоскость является опорой для размещения средства освещения (например: осветительной люстры с встроенным автоматическим управлением), которое занимает пустое полезное пространство.
Цилиндрический аккумулятор тепла с жидкостным теплоносителем имеет верхнюю врезку для трубопровода подачи и нижнюю врезку для обратного трубопровода для случаев, когда осуществляется дополнительный подвод тепла от внешних генерирующих (котлы, дровяная или газовая печь) и собирающих (например: солнечные тепловые вакуумные коллекторы) источников тепла.
Теплица дополнительно содержит блок управления, осуществляющий управление подогревом, контролем температуры воздуха и проветриванием и включающий/отключающий генерирующий источник тепла и управляющий исполнительным механизмом двери основываясь на показаниях датчика угла открытия двери, датчика температуры воздуха внутри теплицы и датчика температуры теплоносителя.
Контроль температуры воздуха в теплице осуществляется на основе срабатывания трех типов «уставок», таких как температура «ниже требуемой», температура «в норме», температура «выше нормы».
Контроль температуры теплоносителя в аккумуляторе тепла осуществляется только с точки зрения ограничения максимально допустимой.
Контроль температуры теплоносителя в отопительной системе осуществляется блоком управления при помощи температурного датчика, установленного в верхней точке аккумулятора тепла, причем нагрев теплоносителя генерирующим источником (котлом) возможен только при срабатывании датчика угла открытия двери в положении «закрыто» и срабатывании «уставки» температура воздуха в теплице «ниже требуемой».
При срабатывании «уставки» «температура воздуха ниже требуемой», блок управления опрашивает датчик угла открытия двери и при условии положения закрытой двери, включает устройство, генерирующее тепло, в противном случае, при получении отклика об «открытой двери», дает команду на уменьшение угла открытия с последующим циклом «простоя», после чего опрос датчиков повторяется, становясь основой для подачи дальнейшей соответствующей команды.
При использовании подвода тепла от солнечного коллектора, независимо от ситуации, когда срабатывает «уставка» «превышение температуры воздуха в теплице», отключающая генерирующий источник тепла и подающая команду на открывание вентиляции, внешний солнечный коллектор продолжает поставлять в аккумулятор тепла нагреваемую жидкость, при этом, излишек тепла, выделяемый аккумулятором, выходит через управляемую исполнительным механизмом дверь.
Проветривание осуществляется при помощи открывания двери обслуживания, которая открывается с помощью электроуправляемого исполнительного механизма на необходимый угол, в зависимости от температуры внутри теплицы и положения управляющих температурных «уставок» блока управления температурой.
Светоотражающий теплоизоляционный защитный экран выполнен съемным, огибающим снаружи светопроницаемое теплозащитное внешнее покрытие теплицы с северной стороны, ориентированным отражающей поверхностью внутрь.
Каркас выполнен из металла, и/или композитных материалов, и/или древесины, и/или фанеры, и/или полимерных материалов, может быть неразборным, или для удобства транспортировки, состоять из одинаковых элементов, полученных путем сегментного деления и которые крепятся друг к другу с помощью болтового соединения.
На элементах кровельной части каркаса, непосредственно над центрами горшков, смонтированы неподвижно трубопроводы с соплами системы полива и подачи питательного раствора, причем от дозирующих насосов к каждому горшку проведен отдельный трубопровод.
Теплица выполнена цилиндрической формы, или призматической, или прямоугольной, или в форме параллелепипеда, а также может быть выполнена со сборно-разборным каркасом для упрощения процесса сборки-разборки, или же с неразборным (цельносварным и т.д.) каркасом.
Поставленные задачи решаются благодаря характерным конструктивным и техническим особенностям заявленной полезной модели, отраженными в описании.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид теплицы; на фиг. 2 -конструкция каркаса теплицы; на фиг. 3 - каркас теплицы со светопроницаемым теплозащитным внешним покрытием; на фиг. 4 - поворотное (потолочное) устройство позиционирования выращиваемых культур; на фиг. 5 - система отопления, аккумулирования тепла и вентиляции теплицы; на фиг. 6 - стационарная система полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур; на фиг. 7 - теплица со светоотражающим теплоизоляционным защитным экраном и горшками с растениями; на фиг. 8 - средство освещения теплицы; на фиг. 9 - сегменты каркаса теплицы; на фиг. 10 - расположение люстры освещения в кольце, образованном растениями; на фиг. 11 - подвесные горшки (кашпо) на поворотном устройстве позиционирования выращиваемых культур и стационарной системой полива и подачи питательного раствора; на фиг. 12 - исполнительный электроуправляемый механизм двери.
Теплица с верхним подвесным поворотным устройством для позиционирования выращиваемых культур 1 состоит из: каркаса 2 с дверью 3 для обслуживания и вентиляции, светопроницаемого теплозащитного внешнего покрытия 4, системы отопления, аккумулирования тепла и вентиляции (фиг. 5), стационарной системы полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур (фиг. 6), светоотражающего теплоизоляционного защитного экрана 5, а также средство освещения.
Каркас 2 теплицы может быть различных типоразмеров и иметь разную вместимость. Рассматриваемая полезная модель имеет оптимальную вместимость - восемь подвесных горшков 7, каждый из которых вмещает по три растения. Каркас 2 может иметь форму цилиндра, призмы или вытянутого прямоугольного параллелепипеда, покрытого со всех сторон кроме дна светопроницаемым покрытием 4, изолирующим внутреннее пространство от внешнего атмосферного воздействия. Каркас 2 любой из перечисленных форм при эксплуатации располагается вертикально, в положение перевернутого стакана. Каркас 2 изготавливается из прямых и гнутых профилированных металлических труб различного сечения, сваренных в сборочные сегменты/элементы 8. Возможность сборки и разборки обеспечивается путем деления призматического или цилиндрического тела теплицы (в зависимости от формы) на идентичные сегменты 8 (фиг. 9), которые крепятся друг к другу с помощью болтового соединения. В собранном виде каркас 2 должен обеспечивать надлежащую жесткость, сопротивляющуюся вертикальной нагрузке силы тяжести на центр свода (кровли). Боковая (стеновая) сторона одного или нескольких сегментов 8 имеет дверь 3 для доступа и внешнего обслуживания, которая управляется исполнительным электроуправляемым механизмом 9 (фиг. 12). Дверь 3 используется для внешнего доступа к обслуживанию растений, а также проветривания, если возникает необходимость снизить температуру и влажность внутри теплицы. Путем присоединения к двери 3 электроуправляемого исполнительного механизма системы контроля температуры внутри теплицы, дверь получает автоматическую регулирующую функцию климата. Размер проема двери 3, учитывая масштаб теплицы, полностью удовлетворяет потребности в проветривании.
Наиболее существенным отличительным элементом теплицы является поворотное устройство 1 позиционирования выращиваемых культур (вращающийся элемент), ось вращения которого крепится к центральной точке свода (кровли) каркаса 2. Устройство 1 свободно вращается в горизонтальной плоскости на подшипнике вокруг центральной (вертикальной) оси каркаса 2. Устройство 1 может быть выполнено в виде диска, крестовины или звезды, где на равном удалении от центра имеются крючки (или кронштейны) для подвешивания ампильных и им подобных подвесных горшков 7 с растениями.
После установки теплицы в рабочее положение, вычисляется сектор солнечного облучения. Боковая стенка теплицы, через которую снаружи внутрь не проходят солнечные лучи (не входит в сектор облучения) покрывается светоотражающим теплоизоляционным защитным экраном 5. Отражающая поверхность направлена внутрь теплицы, усиливая облучение растений, а теплоизоляционный слой снижает потери тепла. Экран 5 также может использоваться в качестве укрытия растений от солнца, в случае если интенсивность излучения чрезмерно высокая. Для этого экран 5 устанавливается с солнечной стороны.
В теплице предусмотрена система отопления, аккумулирования тепла и вентиляции (аккумулятор тепла - буфер тепловой энергии, фиг. 5), который представляет собой герметичную емкость 10, цилиндрической формы, окрашенную черным цветом и наполненную жидким теплоносителем, и может являться и радиатором. Емкость 10 располагается внутри теплицы вертикально, в центре пола так, чтобы при вращении подвесных горшков 7 вокруг оси, растения не задевали корпус емкости 10. При солнечном облучении, емкость 10 нагревается, накапливая тепловую энергию. Примечание: цилиндрическая и многогранная форма каркаса 2 теплицы предпочтительнее, т.к. в комбинации со экраном 5 имеет эффект фокусировки в центре внутреннего пространства, где расположены емкость 10 и растения. Накопленная тепловая энергия расходуется при снижении температуры окружающего теплицу воздуха (после захода солнца). При отдаче тепла существенную роль играет эффект конвекции. Тепло от емкости 10 под действием конвекции наполняет пространство внутри теплицы (в верхних 2/3 общего пространства) в зоне расположения растений. Черный цвет емкости 10 (аккумулятора тепла) усиливает эффективность теплообмена. В верхней и нижней части емкости 10 предусмотрены патрубки 13 (подающий трубопровод) для внешнего подвода тепла от дровяной топки 11 или вакуумного солнечного коллектора 12, а также электронагревателя 15. Циркуляция теплоносителя в системе подогрева также осуществляется за счет конвекции. При использовании внешнего подвода тепла, предусматриваются меры по ограничению и контролю температуры теплоносителя и давлению в системе. Контроль температуры теплоносителя взаимосвязан с температурой воздуха внутри помещения теплицы при помощи блока управления 14, который также отвечает и за безопасность системы. От емкости 10 предусмотрены также патрубки, 13 (подающий) и 16 (обратный трубопровод) для отвода жидкости. Внутри теплицы и на емкости 10 размещаются датчики температуры 17.
Средство освещения оборудовано люстрой 18 для дополнительного освещения растений при недостаточной продолжительности дня. Люстра 18 располагается на емкости 10 в центре, находясь внутри кольца, образованного растениями (фиг. 10). Управление люстрой 18 может быть ручным и автоматическим, зависимым от контроллера, который при помощи датчика освещения регистрирует продолжительность светового дня, интенсивность освещения и управляет временем дополнительного освещения. Тепло, выделяемое люстрой 18, под действием конвекции наполняет пространство в зоне нахождения растений.
Для обеспечения возможности полива и подкормки, предусмотрена стационарная система полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур, состоящая из блока управления автополивом и подкормкой 19 с встроенными дозирующими насосами (отдельно для воды и питательного раствора), отходящими от блока 19 трубопроводами 20 (отдельно к каждой позиции подвесных горшков 7), а также присоединенных к блоку управления 19 подводящих трубопроводов воды и раствора 6 (фиг. 6). Резервуары воды и питательной смеси могут быть установлены в непосредственной близости к теплице, внутри или на некотором расстоянии.
Растения высаживаются в подвесные (ведра) горшки 7 с вырезанными в дне посадочными окнами и подвешиваются на поворотном устройстве 1 корнями вверх (фиг. 11) из расчета по 3 шт.на горшок 7, объемом 15-20 литров. Поворотное устройство 1 позволяет обслуживающему персоналу, путем проворачивания, получать доступ к обслуживаемым растениям, через открытую дверь 3, находясь вне помещения теплицы. Этим решением из полезного пространства теплицы исключаются проходы и площадки обслуживания. Вращение устройства 1 не исключает возможности использования системы подачи воды и питательного раствора, трубопроводы которой находятся в стационарном положении. Такую возможность обеспечивает то, что для каждой позиции подвесных горшков 7 предусмотрены персональные трубопроводы. При вращении устройства 1 необходимо устанавливать подвесные горшки 7 непосредственно под соплами. Положение выращивания корнями вверх не сказывается негативно на росте растений и их урожайности. Такой подход к выращиванию растений в комбинации с описанным устройством теплицы приводит к целому ряду преимуществ перед общепринятыми, традиционными теплицами.
Для сравнения приводится самая распространенная в мире, традиционная арочная, сборно-разборная теплица.
Заявленная полезная модель позволяет выращивать культуры вне помещений, в необходимой изоляции от воздействия негативных воздействий окружающей среды, таких как ветер, температура, осадки, биологические вредители (насекомые, птицы и т.д.). Отличительные от аналогичных родовых устройств технические решения позволяют обеспечить менее трудоемкую эксплуатацию при повышенной вместимости, энергоэффективности и компактности. Заявленная полезная модель характеризуется отсутствием необходимости стационарной установки, не требует специальных фундаментов.
1. Теплица, характеризующаяся тем, что выполнена вертикально ориентированной и включает в себя светопроницаемое теплозащитное внешнее покрытие, закрепленное для образования стенки и потолка на каркасе, в верхней части которого подвешено поворотное устройство позиционирования выращиваемых культур, а также связанную исполнительным механизмом с дверью для обслуживания, систему отопления, аккумулирования тепла и вентиляции, стационарную систему полива и подачи питательного раствора для выращиваемых культур, светоотражающий теплоизоляционный защитный экран и средство освещения, расположенное во внутреннем пространстве теплицы.
2. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что поворотное устройство позиционирования выращиваемых культур подвешено к центральной точке потолка и выполнено с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, при этом к нему прикреплено восемь подвесных горшков с растениями, расположенных вокруг центральной вертикальной оси каркаса и при вращении поворотного устройства позиционирования выращиваемых культур выполненных с возможностью прохождения по траектории вдоль стены в непосредственной близости от неё и дверного проема теплицы.
3. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что высота потолка выполнена на такой отметке, при которой подвешенные на поворотном устройстве позиционирования выращиваемых культур подвесные горшки с растениями, корнями вверх, занимают около 2/3 верхнего пространства теплицы по вертикали, оставляя пол теплицы свободным и занимая наиболее теплую зону, образованную конвекцией.
4. Теплица по п. 2, характеризующаяся тем, что поворотное устройство позиционирования выращиваемых культур выполнено в виде диска, или крестовины, или звезды, где на равном удалении от центра размещены крючки или кронштейны, на которых прикреплены подвесные горшки с растениями, образующими в центре пустое полезное пространство.
5. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что имеет свободное пространство пола в центре теплицы для вертикальной установки цилиндрического аккумулятора тепла с жидкостным теплоносителем, корпус которого представляет собой радиатор, а верхняя его плоскость является опорой для размещения средства освещения, которое занимает пустое полезное пространство.
6. Теплица по п. 5, характеризующаяся тем, что цилиндрический аккумулятор тепла с жидкостным теплоносителем имеет верхнюю врезку для трубопровода подачи и нижнюю врезку для обратного трубопровода для случаев, когда осуществляется дополнительный подвод тепла от внешних генерирующих и собирающих источников тепла.
7. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит блок управления, осуществляющий управление подогревом, контролем температуры воздуха и проветриванием и включающий/отключающий генерирующий источник тепла и управляющий исполнительным механизмом двери, основываясь на показаниях датчика угла открытия двери, датчика температуры воздуха внутри теплицы и датчика температуры теплоносителя.
8. Теплица по п. 7, характеризующаяся тем, что контроль температуры воздуха в теплице осуществляется на основе срабатывания трех типов "уставок", таких как температура "ниже требуемой", температура "в норме", температура "выше нормы".
9. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что светоотражающий теплоизоляционный защитный экран выполнен съемным, огибающим снаружи светопроницаемое теплозащитное внешнее покрытие теплицы с северной стороны, ориентированным отражающей поверхностью внутрь.
10. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что каркас выполнен из металла, и/или композитных материалов, и/или древесины, и/или фанеры, и/или полимерных материалов, неразборным или состоит из одинаковых элементов, полученных путем сегментного деления и которые крепятся друг к другу с помощью болтового соединения.
11. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что на элементах кровельной части каркаса, непосредственно над центрами горшков, смонтированы неподвижно трубопроводы с соплами системы полива и подачи питательного раствора, причем от дозирующих насосов к каждому горшку проведен отдельный трубопровод.
12. Теплица по п. 1, характеризующаяся тем, что выполнена цилиндрической формы, или призматической, или прямоугольной, или в форме параллелепипеда.
