CZ215791A3 - Zařízení pro kombinované vytápění, klimatizaci a zavlažování skleníku s využitím sluneční energie - Google Patents

Abstract

Zařízení představuje funkční kombinaci dvou zdrojů tepla, z vytápěcí a chladicí jednotky (2) a ze slunečního zářen, které společně nebo alternativni dodávají teplý vzduch do půdy (9) skleníku (1), která plní funkci přirozeného zásobníku tepla. Termoregulátor (6) v součinnosti s tepelným čidlem (7) teploty vzduchu a tepelným čidlem (8) teploty půdy (9) zajišťuje vypojení vytápěcí a chladícíjednotky (2) z provozu, dostačuje-li zdroj tepla ze slunečního záření. Teplý vzduch je vháněn ventilátorem (10) do teplovzdušného kanálu (12),jenž vyúsťuje do rozvodných větví (14), uložených v půdě (9). Za maximální teploty vzduchu a půdy (9) je vyřazen z činnosti i ventilátor (10) a v případě překročení teploty nad přípustnou mez ji lze snižovat rekuperací tepla do vodního média v radiátoru (3) vytápěcí a chladícíjednotky (2), jehož lze využít k zavlažování pomocí rozvodných větví (14). Ke zvýšení intenzity ohřevu vzduchu sluneční energií je pod úrovní ventilátoru (10) zavěšena snímatelná tepelně absorbční clona (17).

Description

Zařízení pro kombinované vytápění, EEE skleníku s využitím sluneční energijs

Oblast techniky

Vynález se vztahuje k zemědělská týká zařízení pro kombinované vytápění, klimatizaci a zavlažování skleníku s využitím sluneční energie, přičemž půda skleníku tvoří zásobník tepla k vyrovnávání tepelných výkyvů.

Dosavadní stav techniky

Technický vývoj topných zařízení k vytváření potřebného mikroklimatu v prostoru skleníků směřuje výrazně k využívání nových systémů, které jsou hospodárnější a ekologicky nezávadné. K těm patří především systémy, využívající solární energie. Dosud využívané vytápění skleníků teplovodními radiátory vykazuje nízkou technicko-ekonomickou účinnost, poněvadž je založeno na volné cirkulaci vzduchu samotíží, takže ohřevu hlavní zóny ve skleníku, t.j. rekultivační půdy, se dosahuje jen pozvolna. Existují sice topné systémy, založené na teplovodním rozvodu, přímo uloženém v půdě skleníků, avšak ani toto řešení, i když není založeno na ohřevu pouhou cirkulací vzduchu, není hospodárné. Hlavním nedostatkem, kromě značné spotřeby paliva zejména u zemědělské velkovýroby, je nákladnost údržby těchto zařízení, jejichž rozvody jsou vystaveny zvýšené korozi ve vlhké půdě a v připadá jediné poruchy je nutno je vyřadit z provozu jako celek. Proti tomu nové systémy, využívající solární energie, jsou založeny na teplovzdušných rozvodech, do nichž se ventilátory přivádí teplý vzduch, ohřátý slunečním zářením v horním prostoru skleníku, přičemž tyto rozvody jsou rovněž uloženy v půdě, takže ta plní funkci přirozeného zásobníku tepla. Kromě toho se těmito zařízeními odstraňuje známý nedostatek, projevující se při pouhém volném působení slunečního záření na zasklené plochy skleníku tím, že vzrostlá vegetace vytvoří nad kultivační půdou clonu, zamezující přístupu slunečního záření k půdě. Teplovzdušný rozvod v půdě vykazuje i značné výhody při údržbě, proto- 2 že není plněn kapalným médiem a v případě porušení trubního rozvodu, například korozí, není nutno přerušit provoz celého zařízení. Je znám i zdokonalený systém solárního vytápění skleníku podle britské patentové přihlášky 2101292, který kromě základního teplovzdušného rozvodu, uloženého v půdě, využívá i další větve, uložené ve vyšší úrovni a do níž se přepouští v případě, Že teplota půdy již dosáhla nastaveného maxima, teplý vzduch, čímž se vyvolá umělá inverse nad. vrstvou sálající půdy a brání se tak úniku tepla vzhůru a jejímu ochlazováni vzduchovou cirkulací. Ani u tohoto značně zdokonaleného systému využívání sluneční energie, který je založen na automatizované kontrole teplot v mikroklimatu soustavou senzorů v půdě i ve vzduchu, však nelze zabránit nežádoucím ztrátám tepla v případě, že v důsledku velmi intenzivního slunečního záření teplota ve skleníku přestoupí maximální hodnotu přípustnou pro pěstování kultury (cca 40 °C) a důmyslnou cirkulaci vzduchu je nutno narušit vypouštěním tepla větracími okny do okolí. To se neprojevuje negativně pouze na snížené hospodárnosti systému značnou ztrátou získaného tepla, nýbrž i snižováním relativní vlhkosti vzduchu uvnitř skleníku a vysoušením kultivační půdy, čímž se sníží i agrotechnický účinek zařízení. Kromě uvedeného je technologickým nedostatkem popsaného systému i to, že uvažuje s využitím alternativního ' topného zdroje pouze okrajově a neřeší proto účinné sdružení obou zdrojů tepla v akční zóně sacího ventilátoru, takže přenos tepla z alternativního topného zdroje do této,pro solární vytápění klíčové zóny» j^e ponechán na volné cirkulaci vzduchu v celkovém prostorů skleníku· (Boužití alternativního zdroje nelze vyloučit ani u vysoce účinného solárního tppného systému, poněvadž ten by se stal v případě dlouhodobého poklesu slunečního záření nepoužitelným.) Popsanému systému chybí i kontrolní zařízení, vyžadující samočinně alternativní topaýi zdroj z provozu v závislosti na tepelných parametrech, dosažených samostatně solárním, topným zdrojem,což je důsledkem celkové koncepce popsaného systému, který použití alternativního zdroje tepla technologicky neřeší.

Podateta vynálezu

Uvedené nedostatky popsaných topných systémů, využívajících slunečního záření, ve značné míře odstraňuje zařízení pro kombinované vytápění, klimatizaci a zavlažování skleníku podle vynálezu tím, že vytápěcí a chladicí jednotka je uložena v akční zóně ventilátoru, umístěného před vstupem do vertikální Části teplovzdušného kanálu, na který jsou napojeny rozvodné větve, uložené v půdě skleníku a které jsou opatřeny výpustními štěrbinami a zakončeny průduchy pro přívod závlahové vody. Za účelem koordinace výkonu vytápěcí a chladicí jednotky s teplovzdušným zdrojem je do okruhu tepelného média vřazen elektroventil, jehož spínací okruh je spojen s termoregulátorem, napojeným na čidla teploty půdy a vzduchu. Ke zvýšení intenzity slunečního ohřevu vzduchu v horním prostoru skleníku lze pod vytápěcí a chladicí jednotkou a ventilátorem snímatelně zavěsit tepelně absorbční clonu, například z plechového díl ce, opatřeného nátěrem tmavé hmoty. Hlavní výhody zařízení podle vynálezu tkví v umístění vytápěcí jednotky s radiátorem v akční zóně ventilátoru teplovzdušného rozvodu a v koordinaci obou tepelných zdrojů, z nichž teplovodní je samočinně vyřazen elektrospinačem, jakmile teplota uvnitř skleníku v obou složkách, půdě i vzduchu dosáhne hodnoty, kterou již lze udržovat teplovzdušným okruhem pouze s využitím solární energie. Další výhodou je provedení rozvodných větví teplovzdušného kanálu, jejichž výpustními štěrbinami může vzduch nebo závlahová voda případně i s příměsí živin proudit přímo do půdní vrstvy, přičemž na kterýkoliv z průduchů těchto větví lze napojit přívod závlahové vody. Tu lze rovněž vpouštět vstupem do vertikální části teplovzdušného kanálu. Tím lze přirozeným způsdbem částečně snížit nepřípustnou teplotu uvnitř skleníku, aniž je nutno skleník odvětrat, rušit tak již vytvořené mikroklima a plýtvat akumulovaným teplem. Pokud však mikroklima skleníku za plného účinku solárního záření přesahuje hranici 45°C, kdy u dosud užívaných systémů, využívajících solární energie je větrání skleníku do vnější atmosféry nevyhnutelné, umožní za- 4 řízení podle vynálezu využít tepelně rekuperačního účinku radiátoru vytápěcí a chladicí jednotky, do níž je přerušen přívod tepla z tepelného zdroje a dochází k ohřevu chladného vodního média uvnitř teplovodního rozvodu, jehož lze použít k zavlažování. Rekuperační účinek za uvedené teploty je výrazný a při snížení teploty cca 1 rn^/s vzduchu ze 45°C na 20°C se získá ze solární energie výkon až 25 kW, což vyloučí nutnost větrání do okolí a využije se ho k ohřevu vody. Jiné zdokonalení tohoto zařízení tkví ve zvýšení intenzity ohřevu vzduchu v horním prostoru skleníku, jehož se dosahuje tepelně absorbční clonou, zavěšenou snímatelně pod vytápěcí jednotkou s ventilátorem, čímž se zamezí neúčinnému rozptylu slunečního záření do spodních vrstev skleníku, zakrytých vzrostlou vegetací. Zkouškami 8 provozem zařízení podle vynálezu v praxi byla potvrzena jeho hospodárnost a agrotechnická účinnost, která se projeví zejména při vyřazení vytápěcí funkce, kdy zůstává v činnosti pouze teplovzdušný rozvod, vytápěný sluneční energii.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen pomocí výkresů, kde na obr.,1 je zachyceno zařízení skleníku ve schematickém řezu v náryse a na obr.2 shodné zařízení ve schematickém pohledu v půdoryse.

Příkladné provedeni vynálezu

Zařízení pro kombinované vytápění a zavlažování skleníku s využitím sluneční energie je instalováno v prostoru skleníku £., v jehož horní části je umístěna vytápěcí a chladicí jednotka sestávající z radiátoru J a z teplovodního rozvodu £, tvořícího s radiátorem 2 uzavřený okruh, napojený na neznázorněný zdroj tepla a přívod vodního média umístěné mimo skleník £ a opatřené běžně známými uzavíracími ventily. Vstup teplonosného média do vytápěcí a chladicí jednotky 2 je samočinně ovládán elektrickým ventilem vřazeným do jedné z větví teplovodního rozvodu £ s propojeným se spínacím okruhem termoregulátoru 6,

- 5 jímž se kontroluje teplota uvnitř skleníku 1 podle dvou kriterií kontrolovaných čidlem 2 teploty vzduchu a Čidlem 8 teploty půdy 2· obě tato čidle 2 a 8 je napojen spínací okruh ventilátoru 10, jenž je umístěn před vstupem 11 do vertikální části 12a teplovzdušného kanálu 12 a v jehož akční zóně 15 je umístěna vytápěcí a chladicí jednotka 2. (Za akční zónu 15 ventilátoru 10 je pro daný účel považován jeho maximální sací dosah.) Na teplovzdusný kanál 12 jsou připojeny jednotlivé rozvodné větve 14. uložené v půdě J a opatřené výpustními štěrbinami 15. z nichž vystupuje teplý vzduch, vháněný ventilátorem 10. případně závlahová voda nebo živný roztok, jejichž přívod lze napojit na průduchy 16, jimiž jsou rozvodné větve ukončeny nebo přímo do vstupu 11 vertikální části 12a teplovzdušného kanálu 12. Provoz zařízení podle vynálezu probíhá tak, že za minimálních tepelných parametrů v prostoru skleníku 1, které nedosahují hodnot, nastavených na termoregulátoru 6 k vytvoření potřebného mikroklimatu pro pěstování rostlin, zůstává elektroventil 2 otevřen a teplovodním rozvodem £ proudí teplonosné médium do radiátoru 2 vytápěcí a chladicí jednotky 2, přičemž ochlazené medium je odváděno zpět odpadní větví teplovodního rozvodu 2 k neznázorněnému tepelnému zdroji mimo skleník 1. Za této situace čidlo 2 teploty vzduchu, umístěné v blízkosti vytápěcí a chladicí jednotky 2 uvede do chodu ventilátor 10. Ten nasává teplý vzduch, získaný primárně od vytápěcí a chladicí jednotky 2 do vstupu 11 vertikální Části 12a teplovzdušného kanálu 12 a odtud dále do jednotlivých rozvodných větví „14, jejichž štěrbinami 15 teplý vzduch částečně proniká do půdy J ® ohřívá jifdo průduchů 16, jimiž cirkuluje do prostoru skleníku 1 k opětnému ohřevu. Z vrstvy půdy 2 tak vzniká přirozený zásobník akumulovaného tepla, který vykazuje relativně značnou tepelnou setrvačnost v případě poklesu teploty vzduchu uvnitř skleníku 1. Jakmile se projeví účinek slunečního záření odpovídajícím zvýšením teploty vzduchu, který stoupá a shromažůuje se v horní části pod střechou, kde je umístěn vstup 11 do vertikální části 12a teplovzdušného kanálu 12 s ventilátorem'10, termoregulátor . 6 vydá impuls do elektroventilu 2_Z s·

- ο jenž uzavře přívod teplonosného média do teplovodního rozvodu £, Čímž 3e z funkce vyřadí radiátor 2 vytápěcí a chladicí jednotky 2. Pokud teplota půdy 5 nedosahuje nastavené teploty vzduchu, ventilátor 10 zůstává v činnosti. V případě, kdy teplota půdy R v prostoru rozvodných větví 14 převýší teplotu vzduchu, je naopak ventilátor 10 vypnut. Zvýší-li se však teplota vzduchu vlivem slunečního vyzařování nad teplotu půdy 9, čidlo 8 teploty půdy R, uvede do chodu ventilátor 10 a teplý vzduch je nasáván do teplovzdušného kanálu 12 a do rozvodných větví 14. 7 obdobích, kdy vzrostlé kultury ve skleníku X zastiňují půdu R, takže sluneční záření k půdě přímo neproniká,· je pod akční zónu 15 ventilátoru 10 zavěšena běžnými a ne znázorněnými mechanickými prostředky tepelně absorbční clona 17, například z plechu, pokrytého tmavým nátěrem, čímž se teplo ze slunečního záření zachytí v určeném prostoru pod střechu skleníku X a teplota nasávaného vzduchu se nadále zvyšuje a dokonaleji se využívá sluneční energie. Dochází tak k nejhospodárnějšímu režimu v provozování systému a není nutné pracné a nákladné zastiňování střechy skleníku foliemi nebo nátěry.

Za specifické situace, kdy teplota půdy 5 a vzduchu ve skleníku X.překročí hodnotu, přípustnou pro pěstování rostlin (40 - 45°C) a hrozí tak jejich zničení, lze vnitřní atmosféru uměle Částečně ochlazovat tím, že do teplovzdušného kanálu 12 se bud vstupem 11 nebo kterýmkoliv z průduchů 16 do rozvodných větví 14 vpouští chladná závlahová voda například z radiátoru 2» případně i z jiného zdroje. Tento způsob ochlazování je však časově omezen, poněvadž do půdy R nelze vypouštět, takové množství vody, které by svým odparem stačilo redukovat vysoké teploty na delší dobu. Za této situace se použije vytápěcí a chladicí jednotky R k její alternativní funkci a vnitřní atmosféra skleníku 4 .se klimatizuje rekuperací vysoké teploty ze vzduchu, hromadícího se v oblasti akční zóny 13 ventilátoru 10, do vodního média v radiátoru 2 a teplovodního rozvodu Cirkulace vodního média se obnoví uvolněním elektroventilu R bud jednoduchou ruční manipulací, případně ne znázorněným dálkovým ovládáním. Do teplovodního rozvodu £ se vpouští chladná voda a dochází tak k odběru okolního tepla a snížení teploty na prípust- 7 nou hodnotu, sniž by bylo nutno přistoupit k větrání vnitřní atmosféry skleníku χ okny do okolí a anulovat tím účinek tepelně absorbční clony 17, která zvyšuje intenzitu ohřevu vzdu chu. Teplou vodu, získanou rekuperačním účinkem z okolí lze neznázoměným ventilem vypouštět k zavlažování, případně i k jiným účelům mimo skleník i* V praxi se prokázalo, že cca jen 10 vytápěcích a chladicích jednotek 2 dostačuje dodávat za enormních teplot závlahový zdroj na plochu 1 ha.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro kombinované vytápění, klimatizaci a zavlažování skleníku s využitím sluneční energie lze využívat jak v průmyslové zemědělské výrobě, kde se výrazně projeví jeho hospodárnost, tak i při individuálním, zahradnickém pěstitelství. Osvědčuje se i při pěstování subtropických rostlin a jiných kultur, náročných na klima s vysokou teplotou a relativní vlhkostí vzduchu a lze ho proto využívat i při agrotechnickém výzkumu.

Claims (4)

1. Zeřízení pro kombinované vytápění, klimatizaci a zavlažování skleníku s využitím sluneční energie, sestávající z klimatizačního tělesa, napojeného na teplovodní okruh, propojitelný alternativně s tepelným zdrojem a do něhož je vřazen automaticky ovládaný uzavírací člen a z otevřeného teplovzdušného rozvodu k ohřevu půdy, opatřeného ventilátorem, jehož spínací okruh je propojen s čidly teplot, vzduchu a půdy, vyznačující se tím, že klimatizační těleso tvoří vytápěcí a chladicí jednotka(2), uložená v akční zóně (13) ventilátoru (10), umístěného před vetupem (11)' do vertikální části (12a) teplovzdušného kanálu (12), na který jsou napojeny rozvodné větve (14), uložené v půdě (9) skleníku (1) a které jsou opatřeny výpustnými štěrbinami (15) a průduchy(16).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že automatickým uzavíracím členem, vřazeným do okruhu teplovodního okruhu (4) je elektroventil (5), napojený na spínací okruh termoregulátoru (6), jenž je propojen s okruhem čidel (7) teploty vzduchu a (8) teploty půdy (9).

3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se t í m , že v prostoru pod vytápěcí a chladicí jednotkou (2) a pod ventilátorem (10) je snímatelně zavěšena tepelně absorbční clona (17)·

4. Zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se t í m , že tepelně absorbční clonu (17) tvoří plechový díl, opatřený nátěrem černé barvy.