Способ обогрева теплиц и система для его осуществления

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к тепличному хозяйству. Техническим результатом является повышение КПД и снижение эксплуатационных затрат. Конвективный нагрев воздуха осуществляют за счет непосредственного сжигания газа в микрофакельных горелках, расположенных в объеме теплицы, а радиационный нагрев - посредством сжигания газа в радиационных горелках. При этом на стадии размораживания и разогрева почвы соотношение между радиационной и конвективной составляющими упомянутого суммарного теплового потока устанавливают равным (3 - 5) : 1. На стадии от посева до появления всходов это соотношение составляет (4 - 6) : 1, а в процессе выращивания рассады данное соотношение монотонно уменьшают до (0,05 - 0,2) : 1 обратно пропорционально удесятеренному коэффициенту перекрытия проекции зеленой массы растений площади занимаемой ими почвы с коэффициентом корреляции, равным 0,5 - 1, после чего радиационный нагрев прекращают. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к тепличному хозяйству.

Известен способ обогрева теплиц, включающий применение радиационного нагрева почвы и растений в процессе выгонки рассады, а также в процессе получения товарной растительной продукции (1). Однако в данном случае способ исключительно малоэффективен на начальной стадии подготовки теплиц к эксплуатации - на стадии размораживания и разогрева почвы в них.

Также известен способ обогрева теплиц, включающий применение конвективного нагрева воздуха в объеме теплицы за счет микрофакельных газовых горелок (2). В данном случае также имеет место низкая эффективность способа, поскольку при обработке почвы на начальной стадии необходимо расходовать значительное количество топлива, что резко снижает его КПД.

Наиболее близким к заявленному является способ обогрева теплиц, включающий задание допустимых параметров суммарного теплового потока в теплицу, а также температуры воздуха и почвы в теплице на каждой стадии подготовки теплицы и выращивания растений и их поддержание посредством конвективного нагрева воздуха и радиационного нагрева почвы и растений (3).

В данном случае конвективный нагрев воздуха осуществляют электрической и водяной системами обогрева, а радиационный нагрев - при помощи электрических ламп, что является также неэффективным и имеет высокие энергозатраты.

Данный способ реализуется при помощи системы для обогрева теплиц, включающей блоки конвективного нагрева воздуха и блоки радиационного нагрева почвы и растений, датчики температуры с блоками регистрации (3), данная система является наиболее близкой к заявленной.

Известная система также имеет малый КПД и к тому же обладает высокой материалоемкостью и большими эксплуатационными затратами.

Задачей настоящего изобретения относительно способа и устройства является повышение КПД и снижение эксплуатационных затрат.

Относительно способа это достигается тем, что конвективный нагрев воздуха осуществляют за счет непосредственного сжигания газа в микрофакельных горелках, расположенных в объеме теплицы, а радиационный нагрев - посредством сжигания газа в радиационных горелках, и на стадии размораживания и разогрева почвы соотношение между радиационной и конвективной составляющими упомянутого суммарного теплового потока устанавливают равным (3-5):1, на стадии от посева до появления всходов-(4-6):1, а в процессе выращивания рассады данное соотношение монотонно уменьшают до (0,05-0,2):1 обратнопропорционально удесятеренному коэффициенту перекрытия проекции зеленой массы растений площади занимаемой ими почвы с коэффициентом корреляции, равным 0,5-1, после чего радиационный нагрев прекращают.

А также тем, что заданный суммарный тепловой поток в теплицу уменьшают на текущее значение величины теплового потока солнечной радиации.

А данная задача относительно системы осуществляется тем, что она снабжена центральным газовым трубопроводом и отводящими газовыми трубопроводами, датчики температуры выполнены в виде датчиков температуры почвы и воздуха, блоки конвективного нагрева выполнены в виде микрофакельных горелок, а блоки радиационного нагрева - в виде радиационных газовых горелок, причем все горелки посредством отводящих трубопроводов сообщены с центральным трубопроводом, кроме того, микрофакельные газовые горелки установлены по периметру теплицы и вдоль рядов ее внутренних пролетных опор, а радиационные газовые горелки расположены на данных опорах, при этом все горелки выполнены с возможностью регулировки подачи в них газа.

А также тем, что радиационные газовые горелки установлены с возможностью регулирования их положения на пролетных опорах по высоте.

И кроме того тем, что она снабжена блоком управления, ко входу которого подключены выходы датчиков температуры, а выходы блока управления связаны с соответствующими входами управления узлами подачи газа в микрофакельные и радиационные газовые горелки.

На фиг. 1 представлены графики конвективной и радиационной составляющих тепловых потоков в теплицу, на фиг. 2 - общая схема размещения микрофакельных и радиационных газовых горелок в теплице, на фиг. 3 - общий вид размещения указанных горелок в объеме теплицы по ее блокам (секциям).

Способ может быть реализован при помощи системы, включающей центральный газовый трубопровод 1 и отводящие газовые трубопроводы 2, датчики температуры, выполненные в виде датчиков температуры почвы 3 и воздуха 4 с соответствующими блоками регистрации (не показаны), которые могут быть конструктивно сообщены с датчиками 3, 4 или быть отдельно, блоки конвективного нагрева, выполненные в виде микрофакельных газовых горелок 5, блоки радиационного нагрева - в виде радиационных газовых горелок 6, причем горелки 5 и 6 посредством отводящих трубопроводов 2 сообщены с центральным трубопроводом 1, кроме того, микрофакельные газовые горелки 5 установлены по периметру 7 теплицы 8 и вдоль рядов ее внутренних пролетных опор 9, а радиационные газовые горелки 6 расположены на данных опорах 9, при этом горелки 5, 6 (см. выполнение конструкций в 5) выполнены с возможностью регулировки подачи в них газа. Радиационные газовые горелки 6 установлены с возможностью регулирования их положения на пролетных опорах 9 по высоте. Система при этом может быть снабжена блоком управления 10, ко входу которого подключены выходы датчиков температуры 3, 4, а выходы блока управления 10 связаны с соответствующими входами управления узлов 11 подачи газа в микрофакельные 5 и радиационные 6 газовые горелки. Эти узлы могут быть выполнены как на самих горелках 5 и 6, так и на трубопроводах 1 и 2 (см., например, 4).

Способ при помощи данной системы реализуется следующим образом. Весь процесс обогрева теплиц разделяется на три этапа, первый - этап размораживания и разогрева почвы, который составляет в среднем 5-14 дней и в процессе которого почва размораживается на глубину 5-15 см, второй этап - от посева до появления всходов, который составляет в среднем 10 -21 день, почва при этом прогревается на глубину 12 - 25 см, третий этап - выращивание растения (например, рассады), который составляет в среднем 20-65 дней и в процессе которого глубина прогрева почвы достигает более 30-40 см. Первый этап обычно начинается в конце зимы (февраль). Почва в теплице в данном случае полностью проморожена. Газ по центральному трубопроводу 1 подают в отводящие трубопроводы 2 и далее в горелки 5 и 6. Суммарный тепловой поток в теплицу устанавливают в пределах 300-600 Вт/кв.м. При этом величина потока солнечной радиации настолько мала, что на данном этапе ей можно пренебречь. Устанавливают соотношение между радиационной и конвективной составляющими указанной выше величины теплового потока в пределах (3-5):1, например, 4:1, (например, 400: 100 Вт/кв.м.). Это позволяет за счет конвекции и работы микрофакельных горелок 5 поддерживать температуру воздуха в теплице 8 на несколько градусов выше нуля, а большинство теплового потока направлять на размораживание и разогрев почвы, поскольку от радиационных горелок 6 тепловой поток практически без потерь передается к почве. Температуру почвы при этом необходимо установить равной в среднем от 15 до 25 градусов Цельсия в зависимости от выращиваемой культуры. На втором этапе за счет некоторого увеличения доли потока радиационного нагрева (при соотношении указанных выше составляющих, как например, 450: 80 Вт/кв.м.) почва прогревается на заданную глубину при температуре воздуха в теплице 8 не выше 12-14 градусов. На третьем этапе - практически в марте или начале апреля, когда составляющая потока от солнечной радиации уже достаточно велика, ее необходимо учитывать, уменьшая общую величину суммарного теплового потока на эту долю - в среднем это на 15-50 и выше процентов (см. 4). При этом согласно известной технологии (4) согласно графику на фиг.1 монотонно уменьшают указанное выше соотношение составляющих до (0,05-0,2): 1 обратнопропорционально удесятеренному коэффициенту перекрытия проекции зеленой массы растений площади занимаемой ими почвы с коэффициентом корреляции, равным 0,5-1, после чего радиационный нагрев прекращают и горелки 6 отключают, используя только микрофакельные горелки 5 до конца выращивания растений. Следует отметить, что при работе системы можно использовать не только автоматические органы управления самих горелок 5 и 6, позволяющих регулировать подачу газа к горелкам 5 и 6, но и датчики температуры воздуха 4 и почвы 3, показания которых не только используют при вышеприведенной реализации способа, но и для работы блока управления 4, принимающего сигналы с этих датчиков 3 и 4, выходы которого подключены к входам управления узлов 11 подачи газа в горелки 5 и 6. Для увеличения эффективности работы системы положение радиационных горелок 6 может регулироваться по высоте на опорах 9, что позволяет более эффективно осуществлять радиационное воздействие на почву.

Применение предложенных способа и системы позволяет с высокой степенью эффективности при минимальных затратах на строительство данной системы и ее эксплуатацию осуществлять обогрев теплиц.

Источники информации 1. Патент Российской Федерации N 2053644, опубл. 10.02.96.

2. Патент Российской Федерации N 2048063, опубл. 20.11.95.

3. Патент Российской Федерации N 2048071, опубл. 20.11.95.

4. Гарбуз В.М. и др. Разработка и эксплуатация систем отопления и вентиляции пленочных теплиц, рекомендации, Москва, Росагропромиздат, 1988, с. 3-40.

5. Гулько Т. В. и др. Газификация и газоснабжение сельского хозяйства, Москва, ИРИЦ "Фермер", 1994, с. 20-36.

Формула изобретения

1. Способ обогрева теплиц, включающий задание допустимых параметров суммарного теплового потока в теплицу, а также температуры воздуха и почвы в теплице на каждой стадии подготовки теплицы и выращивания растений и их поддержание посредством конвективного нагрева воздуха и радиационного нагрева почвы и растений, отличающийся тем, что конвективный нагрев воздуха осуществляют за счет непосредственного сжигания газа в микрофакельных горелках, расположенных в объеме теплицы, а радиационный нагрев - посредством сжигания газа в радиационных горелках, и на стадии размораживания и разогрева почвы соотношение между радиационной и конвективной составляющими упомянутого суммарного теплового потока устанавливают равным (3 - 5) : 1, на стадии от посева до появления всходов - (4 - 6) : 1, а в процессе выращивания рассады данное соотношение монотонно уменьшают до (0,05 - 0,2) : 1 обратно пропорционально удесятеренному коэффициенту перекрытия проекции зеленой массы растений площади занимаемой ими почвы с коэффициентом корреляции, равным 0,5 - 1, после чего радиационный нагрев прекращают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заданный суммарный тепловой поток в теплицу уменьшают на текущее значение величины теплового потока солнечной радиации.

3. Система для обогрева теплиц, включающая блоки конвективного нагрева воздуха и блоки радиационного нагрева почвы и растений, датчики температуры с блоками регистрации, отличающаяся тем, что она снабжена центральным газовым трубопроводом и отводящими газовыми трубопроводами, датчики температуры выполнены в виде датчиков температуры почвы и воздуха, блоки конвективного нагрева выполнены в виде микрофакельных горелок, а блоки радиационного нагрева - в виде радиационных газовых горелок, причем все горелки посредством отводящих трубопроводов сообщены с центральным трубопроводом, кроме того, микрофакельные газовые горелки установлены по периметру теплицы и вдоль рядов ее внутренних пролетных опор, а радиационные газовые горелки расположены на данных опорах, при этом все горелки выполнены с возможностью регулировки подачи в них газа.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что радиационные газовые горелки установлены с возможностью регулирования их положения на пролетных опорах по высоте.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что она снабжена блоком управления, ко входу которого подключены выходы датчиков температуры, а выходы блока управления связаны с соответствующими входами управления узлов подачи газа в микрофакельные и радиационные газовые горелки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3