DE1129755B - Elektrische Heizung fuer Pflanzenkulturen - Google Patents

Description

INTERNAT.KL. A Ol g

DEUTSCHES

PATENTAMT

M 35158 ffl/45 f

ANMELDETAGs 27. AUGUST 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 17. MAX 1962

Pflanzenkulturen mit elektrischem Strom dadurch zu beheizen, daß man in den Boden entweder Heizleitungen in Form von Kabeln verlegt oder Drahtgeflechte, die ohne Isolierung mit niedergespanntem Strom beschickt werden, ist bekannt. Diese Vorrichtungen haben jedoch den grundlegenden Nachteil, daß die Heizleiter in den Boden eingegraben werden müssen, so daß diese Heizvorrichtungen hinsichtlich ihrer Ortsbeweglichkeit zu wünschen übriglassen. Außerdem sind sie nicht anwendbar für die Beheizung von Pflanzen, die längere Zeit hindurch an einem und demselben Ort kultiviert werden und/oder größere Wurzelballen entwickeln.

Die Erfindung betrifft die elektrische Beheizung von Pflanzenkulturen, bei der der Boden oder andere Kulturträger (künstlich zusammengesetzte Stoffe) ohne Kabel oder Drahtgewebe unmittelbar durch den elektrischen Strom erwärmt werden. Dies ist besonders vorteilhaft überall dort, wo die Heizanlage häufig den Ort wechseln muß, oder wo nachträglich die Heizung bei vorhandenen, Pflanzungen mit längerer Lebensdauer oder größeren Wurzelballen angewandt werden soll, beispielsweise zum Zweck des Frostschutzes frisch gepflanzter oder bereits älterer Weinstöcke.

Erfindungsgemäß wird für die Lösung der vorliegenden Aufgabe die grundsätzlich bekannte Tatsache benutzt, daß bei der Durchleitung des elektrischen Stromes durch wässerige Salzlösungen die Stromwärme eine Aufheizung ohne elektrolytische Zersetzung bewirkt, wenn man Wechselstrom benutzt. Die wesentliche Neuerung in der Anwendung der vorerwähnten, grundsätzlich bekannten physikalischen Vorgänge besteht nach der Erfindung darin, daß der Kulturträger mit einer Lösung von (Nähr-)Salzen getränkt und zwischen Elektroden angeordnet ist, wobei die Stärke des niedergespannten Stromes und damit die Wärmeentwicklung durch Einstellen und Aufrechterhalten einer bestimmten Leitfähigkeit durch die Salzkonzentration geregelt wird.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 die Anwendung bei einer Art von Frühbeetkasten, d. h. mit Abgrenzung eines Beetes durch Seitenwände und einen Deckel, Fig. 2 eine vollkommen transportable Kiste, und

Fig. 3 bis 5 ein transportables Dach mit zugehörigen Elementen für die Heizung; in den

Fig. 6 bis 8 sind entsprechende Grundrißanordnungen dargestellt; in

Fig. 9 ist schließlich die Anwendung innerhalb eines bestehenden Gewächshauses gezeigt.

Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen

Anmelder:

Dr.-Ing. Max Mengeringhausen, Würzburg, Steinachstr. 5

Dr.-Ing. Mengeringhausen, Würzburg, ist als Erfinder genannt worden

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, wird am äußeren Umfang des zu beheizenden Kulturraumes, und zwar an zwei (oder mehreren) gegenüberliegenden Seiten der Strom, der von einem Transformator oder einem Niederspannungsnetz geliefert wird, in zwei Elektrodenplatten 1 und 2 eingeleitet. Dazwischen befindet sich der Kulturboden 3, dem die als Stromleiter dienende wässerige Lösung hinzugefügt und in diesem fein verteilt ist. Wesentlich hierbei ist, daß durch die Konzentration der Nährsalze oder neutralen Salze, die besonders zu diesem Zweck beigegeben sind, eine ganz bestimmte Leitfähigkeit gewährleistet wird, die dem gewünschten Erwärmungsgrad angepaßt wird. Demzufolge muß weitgehend die durch die Erwärmung bedingte Wasserverdunstung vermieden werden. Diese würde nicht nur einen unerwünschten Stromverbrauch infolge auftretender Verdunstungskälte zur Folge haben und damit unwirtschaftliche Betriebskosten, sondern auch eine Konzentrationsänderung und damit eine Herabsetzung der Leitfähigkeit und als Folge davon wieder einen Temperaturrückgang. Andererseits würde die Auffüllung des verdunsteten Wassers, wenn sie relativ kurzfristig eintritt, zusätzliche Arbeit verursachen oder spezielle zusätzliche Bewässerungseinrichtungen. Im Winter würde außerdem ein zusätzlicher Wärmeverlust eintreten.

Mit Rücksicht hierauf wird der zu beheizende Kulturraum ringsum durch Wände 4 und 5 abgeschlossen, die sowohl den Wärmedurchgang wie auch die Wasserverdunstung praktisch verhindern. Auf den Wänden ist ein Rahmen 6, 7 angeordnet, der mit einer Haut 8 bespannt ist. Die Haut 8 hat die Eigenschaften, daß sie den Wärmedurchgang nach außen soweit wie

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möglicli verhindert, die Wasserverdunstung aber praktisch ganz unterbindet und andererseits doch den Austausch von Gasen wie Sauerstoff und Kohlensäure, die für den Pflanzenwuchs wichtig sind, im lebensnotwendigen Umfang aufrechterhält. Bei dieser An-Ordnung bildet sich nun in dem Raum 9 bei der Erwärmung des Kulturträgers 3 ein sehr hoher Wasserdampfgehalt; dieser aber wirkt sich nicht nur für die meisten Pflanzen 10 günstig aus, sondern er verhindert nach Erreichen eines gewissen Gleichgewichtszustandes eine stärkere Wasserverdunstung aus dem Kulturträger 3 und damit die Austrocknung, die Konzentrationsänderung und die Herabsetzung der Leitfähigkeit und damit der Temperatur. Auf diese Weise kann über längere Zeiträume ein wenigstens praktisch annähernd gleichbleibender Zustand aufrechterhalten werden. Das bedeutet, es kann längere Zeit hindurch eine Heizung ohne Wasserzufuhr erfolgen und damit beispielsweise eine Überbrückung längerer Kälteperiotausch ermöglicht. Eine solche Folie besteht insbesondere aus Polyäthylen. Eine besonders gute Wärmedämmung nach oben (oder sinngemäß auch nach der Seite) bei gleichzeitig guter Durchlässigkeit für die lebensnotwendigen Strahlen erzielt man, wenn man statt einer Folie in grundsätzlich bekannter Weise zwei oder mehrere parallel gespannte Folien mit Luftschichten dazwischen oder mit zusätzlicher Wärmedämmeinlage anwendet.

Fig. 3 zeigt eine bewegliche Schutzkonstruktion, in Form eines »Wanderkastens«, bestehend aus zwei Seitenbrettern 20 und 21, die durch Rohrbügel 22 untereinander verbunden sind. Die oberen Spitzen der Rohrgiebel sind untereinander wiederum durch einen Firststab 23 verbunden, so daß die darübergespannte Folie 24 (oder eine mehrteilige Schutzschicht gemäß der vorstehenden Beschreibung) die Form eines Daches bildet. Da die Seitenbretter 20 und 21 mit Handgriffen 25 versehen sind, kann man die Konstruktion

den ohne Wartungsarbeit, Durch Einschaltung eines 20 leicht tragen, mehrere derartige Einzelschirme anein-

Wärmefühlers 11 kann dabei die Temperaturregelung in bekannter Weise erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der hier beschriebenen Erfindung dann, wenn der Kulturträger 3 ganz oder teilweise aus einem Stoff besteht, der geringes spezifisches Gewicht mit hoher Wärmedämmung und großer Kapillarwirkung verbindet. Praktisch kommen hierfür als lose Füllstoffe Torf, insbesondere solcher Torf in Frage, dessen Saugfähigkeit durch Vorbehandlung erhöht ist, ferner Sägemehl und Kunststoffschaum sowie Mischungen dieser Stoffe untereinander oder Mischungen dieser Stoffe mit Humus oder vorhandenen Böden. Geringes spezifisches Gewicht ist deswegen von Bedeutung, weil derartige Stoffe gleichzeitig geringe spezifische Wärme besitzen; geringe Wärmeleitfähigkeit ist wichtig, weil bei starker Erwärmung im Inneren des Kulturraumes die Wärmeabgabe nach außen geringer ist; und große Kapillarwirkung ist wichtig, weil solche Stoffe bei geringem Eigengewicht relativ große Mengen der erforderlichen wässerigen Salzlösung aufnehmen und festhalten können.

Ein Beispiel für die Anwendungen derartiger Stoffe im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Dies Beispiel behandelt die Rebenveredelung, die bereits bisher in Kisten in der Weise vorgenommen wird, daß die gepfropften Reben in eine Mischung aus angefeuchtetem Torfmull und Sägespänen eingelegt werden. In diesem Bett werden die Reben vorgetrieben, bevor sie in das Freiland verpflanzt werden. Erfindungsgemäß wird nun an zwei gegenüberliegenden Seiten 12 und 13 einer solchen Kiste ein Paar Elektrodenplatten 14 und 15 angeordnet, die in der vorher beschriebenen Weise an eine Stromquelle mit Niederspannung angeschlossen werden. Das dazwischenliegende Gemisch aus Torf und Sägespänen 16 mit den Reben 17 wird nicht wie bisher mit reinem Wasser, sondern mit einer wässerigen Lösung von Nährsalzen getränkt. Die Wandungen der Kiste werden sodann mit einer Dämmschicht 18 umgeben, die sowohl die Wärmeableitungen verhindert bzw. vermindert, wie auch den Wasserdampfaustritt. Die Oberseite der Kiste wird mit einer Folie 19 abgedeckt, die ebenfalls die Wärmeverluste verringert, den Wasserdampfaustritt unterbindet, gleichzeitig aber den Reben die notwendige Strahlung aus der Atmosphäre (sichtbares Licht, Ultraviolettstrahlen und Wärmestrahlen) zuführt und gleichzeitig den Gasausanderreihen und die Giebelwände nach Bedarf sinngemäß durch Abschlußwände ebenfalls abschließen. Die Seitenbretter 20 und 21 tragen nun an ihrem unteren Ende je eine Metallschneide 26a, 26b, die gleichzeitig die Wirkung einer Stromschiene übernehmen. Wenn man diese Stromschienen gegenüber den anderen Metallteilen der Konstruktion genügend isoliert, unten aber blank läßt, so dringen diese Schneiden beim Aufsetzen des Schirmes auf den Boden in die Bodenoberfläche ein. Präpariert man nun den Boden in der vorstehend beschriebenen Weise und legt man an die beiden Schneiden 26 a und 26 b gemäß Fig. 4 den Heizstrom an, so geht dieser durch die obere Fläche des Bodens und erwärmt dabei diese Fläche. Statt durchlaufender Metallschneiden 26 kann man auch Metallstäbe 27 verwenden, die gemäß Fig. 5 an eine gemeinsame Stromschiene 8 angeschlossen sind und beim Aufsetzen des Schirmes wie die Zinken einer Gabel oder einer Harke in den Kulturträger eindringen. Diese zuletzt genannte Anordnung ermöglicht es speziell, eine » gezielte « Wärmeverteilung herbeizuführen. In Fig. 6 ist eine Reihe von Pflanzen 29 dargestellt, beispielsweise frisch gepflanzte Weinreben, die zum Zweck der Stromersparnis möglichst so beheizt werden sollen, daß nur der Boden erwärmt wird, der sich unmittelbar in der Umgebung der Pflanze befindet. Zu diesem Zweck sind beiderseits der Pflanzenreihe die Seitenbretter eines Schirmes in der Art der Fig. 3 (30 und 31) angeordnet, die eine Stromschiene 28 nach Art der Fig. 5 mit den daran befestigten Zinken 27 tragen. Wählt man nun den Abstand zwischen den einzelnen Zinken 27 so, daß dieser ungefähr dem Abstand der Pflanzen entspricht, so geht der Strom zwischen den Zinken 27 in gebündelte Form über, wie dies mit den gestrichelten Linien 32 dargestellt ist. Infolgedessen tritt auch nur in diesem Bereich der Zinken 27 eine stärkere Bodenerwärmung ein.

Eine andere Form der Stromzuführung für eine gezielte Bodenerwärmung stellt Fig. 7 dar. Hier sind wiederum Pflanzen 29 in einer Reihe gepflanzt. Beiderseits dieser Reihe verlaufen wiederum die Stromschienen 28 (die sonstigen Schutz- und Hilfskonstruktionen sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht mitgezeichnet); von diesen Stromschienen28 gehen nun in das Innere des zu schützenden Kulturraumes Zweigleitungen 28 a, die ihrerseits die Stäbe 27 tragen. Die Stäbe 27 führen den Strom in, den Kulturträger ein, so daß nun — wiederum gestrichelt dargestellt —

die Stromleitung in den Bahnen 32 durch den Kulturträger hindurch erfolgt und die Wärmeentwicklung auf die Pflanzenreihe konzentriert wird.

In Fig. 8 ist schließlich noch dargestellt, wie man verschiedene Reihen von Pflanzen 29 durch gemeinsame Anwendung von nur zwei Stromschienen 33 und 34 aus mit einer » gezielten« Heizung erfassen kann. In diesem Fall sind senkrecht zu den beiden Stromschienen 33 und 34 Streifen 35 und 36 angeordnet, die aus einem mit Nährsalzlösung präparierten Kulturträger bestehen. Da somit die Leitfähigkeit in den Streifen 35 und 36 größer ist als in den dazwischenliegenden Streifen 37, erfolgt auch der Stromübergang zwischen den Schienen 33 und 34 und damit die Wärmeentwicklung vorzugsweise in den Streifen 35 und 36, die die Pflanzen 29 in sich enthalten.

Das hier in Fig. 8 für eine Horizontalschicht dargestellte Prinzip der Anwendung von Streifen läßt sich sinngemäß auch natürlich in einer Vertikalanordnung ausführen; ebenso ist es möglich, gleichzeitig mit zo verschiedenen Schichten übereinander und Streifen nebeneinander zu arbeiten.

In Fig. 1 ist vorausgesetzt, daß der ganze Kulturträger beheizt wird, der zwischen den Elektrodenplatten liegt; sinngemäß gilt dies für den gesamten Inhalt der Kiste der Fig. 2. In Fig. 4 ist hingegen nur die oberste Schicht des Kulturträgers beheizt. Man kann also bei diesem Beispiel nicht nur den ganzen, in Fig. 3 dargestellten Schutzschirm mit den Elektroden nachträglich über eine bereits bestehende Pflanzenkultur stülpen, sondern auch die als Heizleiter dienende Schicht 38, bestehend aus einem mit wässeriger Salzlösung getränkten Material nachträglich auf den ursprünglichen Untergrund 39 aufbringen. Es genügt für die leitende Schicht 38 eine verhältnismäßig geringe Stärke, und es ist auch in diesem Fall eine verhältnismäßig geringe Heizleistung erforderlich, wenn der ursprüngliche Untergrund 39 vorher nicht sehr stark abgekühlt war.

Hierzu sind noch einige weitere Erklärungen wichtig: Die Abkühlung von Kulturböden im Winter und speziell die Entstehung der sogenannten Bodenfröste erfolgt bekanntlich hauptsächlich durch Abstrahlung. Es genügt also, wenn man den obersten Schichten des zu schützenden Kulturträgers eine gewisse Wärmemenge zuführt, falls der Untergrund nicht vorher bereits zu stark abgekühlt war. Wenn man nun außerdem diese oberste Schicht 38 so ausbildet, daß die Wärmeabgabe durch Leitung und Strahlung nach oben gering ist, so braucht die Heizung nur diese geringen Wärmeverluste zu decken. Zweckmäßig wird daher gemäß Fig. 4 über die leitende Schicht 38 (die zugleich die feuchte Schicht ist), noch eine — möglichst trokkene — Dämmschicht 40 gelegt, die sowohl die Wärmeleitung wie auch die Abstrahlung auf ein Mindestmaß herabdrückt.

In Fig. 9 ist schließlich noch die Anordnung einer Beetheizung im vorstehend beschriebenen Sinn (Beet 41) mit einer Schutzabdeckung 42 innerhalb eines Gewächshauses 43 dargestellt. Hier bildet sich unterhalb der Schutzschicht 42 ein Luftraum 44 mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit aus. Sorgt man nun dafür, daß auch der Luftraum 45 eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit besitzt, so wirkt dieser Luftraum45 als »Zwischenklima « mit dem Erfolg, daß selbst bei vorübergehender Öffnung der Schutzhaut 42 zum Zweck der Bearbeitung (z. B. Pikierarbeiten) keine großen Wärmeverluste auftreten.

Als Salze für die Herstellung der gewünschten Leitfähigkeit sind die meisten der handelsüblichen Nährsalze bzw. Nährsalzgemische geeignet, so z. B. die als Kunstdünger gebrauchten Harnstoff-Kali-Phosphor-Salz-Mischungen oder die für » Hydro-Kulturen « angewandten Nährsalze. Die Konzentration dieser Salze hängt weitgehend mit der Größe und dem Abstand der verwendeten Elektroden und dem Mischungsverhältnis zwischen Wasser und fester Substanz zusammen. Größenordnungsmäßig liegen die Konzentrationen für den praktischen Gebrauch zwischen 1 und Gramm je Liter Flüssigkeit, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen den festen Stoffen und der Flüssigkeit in weiten Grenzen schwankt.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen, gekennzeichnet durch einen mit einer Lösung von Salzen oder Nährsalzen getränkten und zwischen Elektroden angeordneten Kulturträger, wobei die Stromstärke des niedergespannten Stromes und damit die Wärmeentwicklung durch Einstellen und Aufrechterhalten einer bestimmten Leitfähigkeit mittels der Salzkonzentration geregelt wird.

2. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kulturträger in an sich bekannter Weise allseitig nach Art eines Frühbeetkastens abgeschlossen und dessen Oberseite mit einer oder mehreren in Abstand gespannter Folien abgedeckt ist.

3. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kulturträger Stoffe mit hoher Kapillarwirkung, geringer spezifischer Wärme bzw. geringer Wärmeleitfähigkeit, wie Torf, Torf-Präparate, Sägemehl, Kunststoff-Schaum u. dgl. oder Mischungen solcher Stoffe untereinander oder Mischungen mit natürlichem Humus oder Mineralböden verwendet werden.

4. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitenden Stoffe oder (und) die dem natürlichen Boden beigegebenen Leichtstoffe schichtweise oder strichweise (abschnittsweise z. B. im Bereich von Pflanzenreihen) angeordnet werden.

5. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kulturträger, Schutzhüllen, elektrischer Einrichtung und Zubehör bestehende Anlage in an sich bekannter Weise ortsveränderlich ist.

6. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise ortsbeweglich ausgebildete Schutzabdeckung an den auf den Boden aufzusetzenden Kanten mit Elektroden-Platten oder -Stäben versehen ist, welche den Heizstrom in den Kulturträger oder eine darauf angeordnete leitende Schicht einleiten.

7. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung einer Reihe von Einzel-Elektroden an gemeinsamen Stromzuführungen

(und gegebenenfalls gleichzeitige Unterteilung der Schutzhüllen) eine gezielte Stromverteilung und damit Wärmezufuhr (z. B. bei Pflanzenreihen) herbeiführbar ist.

8. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Behälter mit Pflanzen und einem beliebigen Nährboden in die elektrisch geheizte Unterlage eingesetzt und von dieser mittelbar geheizt werden.

9. Elektrische Heizung für Pflanzenkulturen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Heizvorganges zusätzlich einerseits durch Regelung der Strom-Zufuhr mit bekannten Mitteln, andererseits aber durch Öffnen oder Schließen der an der Schutzabdeckung angeordneten Luftöffnungen erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 955 373.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen