Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к всесезонным теплицам.
Известна теплица, содержащая технические средства для обогрева, выполненного в виде двухконтурной солнечной нагревательной системы с насосом и теплообменником, для прокачки теплоносителя и нагрева воды в емкости аккумулятора (буферная емкость). При этом система также снабжена трубопроводами грунтового теплообменника, а вертикальная стена теплицы является дополнительным нагревателем. [1].
Недостатком устройства для обогрева почвы в теплице является наличие буферной емкости и технические средства для обогрева в первичном контуре, а также теплообменников и система коммуникации для нагрева воды. Ее громоздкая компоновочная схема обеспечения теплицы тепловой энергией на разных температурных уровнях, большая материалоемкость трубопроводных контуров и высокие затраты электроэнергии на обеспечение тепловую зарядки буферную гидросистему, трудоемкость в изготовлении и сложность в управлении, что снижает надежность и эффективность работы системы. Нецелесообразно использование такой тепловой системы для теплицы промышленного масштаба из-за дороговизны самой системы и большого финансового расхода для ее функционирования.
Известно устройство комбинированного теплоснабжения тепличного комплекса, основанное на преобразовании солнечной энергии в тепловой с использованием солнечных коллекторов, где в качестве дополнительного источника тепла используется трубчатый электронагреватель (ТЭН). Устройство содержит два контура - обогрева и отопления. Контур обогрева включает солнечный коллектор, соединенный с баком-аккумулятором через теплообменник при помощи циркуляционного насоса. Контур отопления подключен к баку-аккумулятору, где теплоносителем является вода и может, состоят из нескольких внутренних контуров снабженных своими циркуляционными насосами. Например, для обогрева почвы - это система трубопроводов грунтового теплообменника, расположенного в грядках. Бак-аккумулятор кроме ТЭН оснащен датчиком температуры, который с помощью контроллера, при недостаточном количестве солнечной энергии, в автоматическом режиме поддерживает заданную температуру теплоносителя. [2].
Недостатками устройства комбинированного теплоснабжения тепличного комплекса являются:
большой расход электроэнергии в холодное время года,
наличие солнечных коллекторов и большое количество трубопроводов грунтового теплообменника, расположенного в грядках.
наличие двойного контура теплоснабжения усложнить конструкцию и снизить ее безотказную эксплуатацию.
устройство очень металлоемкое, экономическом плане не обеспечить окупаемость.
Известно также теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации, содержащая включенные в систему циркуляции жидкости-теплоносителя циркуляционный насос, тепловой аккумулятор, размещенный внутри теплицы, грунтовой теплообменник и прозрачный защитный купол-солнечный коллектор, выполненный из светопрозрачных пластин ячеистого поликарбоната, снабженный нижними водоподводящими и верхними водоотводящими соединительными патрубками, при помощи которых включен в систему циркуляции. [3].
Недостатками теплицы с подогревом почвы от энергии солнечной радиации являются:
Металлоемкая конструкция, которая требует массивную опорную конструкцию.
Используется громоздкая буферная емкость для хранения воды;
Невозможность применения подобных решений в уже действующих теплицах без изменения их устройства, а также сложность их конструкций. Такая теплица должна имеет массивную опорную конструкцию так же буферную гидроемкость, что заметно повисеть ее себестоимость.
Наиболее близким решением к заявляемому изобретению является всесезонная теплица с энергоснабжением на основе комплексного использования альтернативных и возобновляемых источников энергии включающий тепловой аккумулятор, вентилятор, трубопровод и теплообменник. При наличии природных или техногенных источников тепловой энергии в виде горячей воды её тепло передается в аккумулятор через соответствующий теплообменник. [4].
Недостатком указанного решения состоит в том, что для получения тепловой энергии сжигаются сельскохозяйственные отходы в водогрейных котлах с получением водного теплоносителя.
Задача изобретения – эффективное круглогодичное использование энергонезависимой теплицы, путем накопления и хранения солнечного тепла в грунтовом аккумуляторе тепла на основе возобновляемых источников энергии (например, солнечной энергии).
Поставленная задача решается за счет того, что всесезонная теплица содержащая покрытие из сотового прозрачного поликарбоната, арочного типа, высотой h, длиной дуги L, хордой С, радиусом кривизны R и центральным углом α, плодородного слоя земли, грунтового аккумулятора тепла, вентилятора, трубопровода, вход трубопровода выведен в наружу теплицы, выход которого соединен через вентиль с вентилятором, выход которого соединен с входом U-образных грунтовых теплообменников 4, которые подключены между собой последовательно, выход U-образных грунтовых теплообменников 4 соединен с распределительным трубопроводом, при этом выход датчика температуры грунтового аккумулятора соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры атмосферы соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры теплицы соединен с соответствующим входом блока управления, выход блока управления соединен с входом вентилятора, при этом на покрытии теплицы установлены вентиляционные створки.
Сущность изобретения заключается в следующем: Вход трубопровода выведен в наружу теплицы, выход которого соединен через вентиль с вентилятором,
выход, которого соединен с входом U-образных грунтовых теплообменников 4, которые подключены между собой последовательно,
выход U-образных грунтовых теплообменников 4 соединен с распределительным трубопроводом,
выход датчика температуры грунтового аккумулятора соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры атмосферы соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры теплицы соединен с соответствующим входом блока управления,
выход блока управления соединен с входом вентилятора,
на покрытии теплицы установлены вентиляционные створки.
Технический результат заключается в том, что:
вход трубопровода выведен в наружу теплицы, выход которого соединен через вентиль с вентилятором, это позволить с помощью вентилятора обеспечить теплообмен между атмосферой и грунтовым аккумулятором тепла
выход, которого соединен с входом U-образных грунтовых теплообменников 4, которые подключены между собой последовательно, это позволить, минуя других преобразователей обеспечить зарядку грунтового аккумулятора тепла.
выход U-образных грунтовых теплообменников 4 соединен с распределительным трубопроводом, это обеспечить температурный режим внутри теплицы во время разрядки.
выход датчика температуры грунтового аккумулятора соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры атмосферы соединен с соответствующим входом блока управления, выход датчика температуры теплицы соединен с соответствующим входом блока управления, с помощью которых обеспечить температурный режим во время зарядки и разрядки.
выход блока управления соединен с входом вентилятора, которое обеспечивает автоматическое оперативное управление вентилятора.
на покрытии теплицы установлены вентиляционные створки, которые позволяют вентиляцию и предотвращает повышение давления внутри теплицы.
На фигуре приведена структурная схема всесезонной теплицы.
Всесезонная теплица состоит из: теплицы 1, покрытие, которое выполнено из сотового прозрачного поликарбоната арочного типа, высотой h, длиной дуги L, хордой C, радиусом кривизны R и центральным углом 
плодородного слоя земли 2, сезонного грунтового аккумулятора тепла 3, U-образных грунтовых теплообменников 4, блока управления 5, датчика температуры атмосферы 6, датчика температуры теплицы 7, датчика температуры грунтового аккумулятора 8, вентилятора 9, трубопровода 10, вентиля 11, вентиляционной створки 12 и распределительного трубопровода 13.
Всесезонная теплица работает следующим образом. В режиме зарядки грунтового аккумулятора тепла 3, в теплое время дня, когда показания датчика температуры атмосферы 6, выше чем показания датчика температуры грунтового аккумулятора 8, включается вентилятор 9, теплый атмосферный воздух всасывается через трубопровод 10, вентиль11 и вентилятор 9 и поступает в U-образные грунтовые теплообменники 4, далее воздух передавая свое тепло, как теплоноситель грунтовому аккумулятору тепла 3, далее воздух выходит через распределительный трубопровод 13 (с пониженной температурой) вовнутрь теплицы 1.
В результате теплообмена грунтовый аккумулятор тепла 3 нагревается и в конце зарядки весь объём грунтового аккумулятора тепла 3 будет равномерно нагреваться. Относительно холодный выдуваемый воздух, чем атмосферный обеспечит вентиляцию и поддержку умеренной температуры внутри теплицы 1. При зарядке температура внутри теплицы 1 постепенно повышается, при этом для поддержки оптимальной температуры внутри теплицы 1 открываются вентиляционные створки 12, которые установлены в каждом отсеке теплицы 1. Во время зарядки открытые вентиляционные створки 12 предотвращает образование повышенного давления внутри теплицы.
В зимний период, разрядка грунтового аккумулятора тепла 3 блок управления 5 в режиме «разряд» переключает вентиль 11 в положении внутрь, при котором циркуляция воздуха происходит внутри теплицы 1 через U-образные грунтовые теплообменники 4. Понижение показания датчика температуры теплицы 7 относительно, заранее установленной температуры с учетом установочного разброса температуры (Δt) в блоке управления 5, включается вентилятор 9.
Теплый воздух выдувается вовнутрь теплицы 1 и поддерживает нужную температуру для произрастания растений. В момент, когда показания датчика температуры теплицы 7 выравнивается с установочной температурой в блоке управления 5, последний выключает вентилятор 9. При понижении температуры внутри теплицы 1 до установочной с учетом разброса температуры (Δt), снова включается вентилятор 9.
Предлагаемая всесезонная теплица дает хороший экономический результат, в больших промышленных масштабах. Так как с увеличением объёма грунтового аккумулятора тепла 3 соотношения стерео-метрического объёма аккумулятора к его поверхности увеличивается, соответственно потери тепла в процентном отношении уменьшится, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия системы.
При использовании предлагаемой всесезонной теплицы имеем:
покрытие теплицы 1 над грунтовым аккумулятором тепла 3 уменьшает потери тепла из него на 10-15%.
для зарядки грунтового аккумулятора тепла 3 используется нагретый солнцем атмосферный воздух. Такой подход не требует использования многочисленных солнечных коллекторов и вторичного контура с буферными ёмкостями.
для обеспечения теплообмена между атмосферой и грунтового аккумулятора тепла 3, не требует сложной схемы управления.
Количество тепла, накапливаемое в грунтовом аккумуляторе тепла 3, с помощью U-образных грунтовых теплообменников 4, определяется количеством тепла, получаемое из нагретого атмосферного воздуха за счет солнца в период зарядки.
Таким образом, всесезонная теплица также имеет следующие положительные характеристики:
Отсутствует вторичный контур.
Отсутствует буферный теплообмен.
Отсутствует тепловой насос.
В качестве источника тепла используется нагретый солнцем атмосферный воздух.
В качество теплоносителя атмосферный воздух.
