DE69415700T2

DE69415700T2 - Strahlungsenergievorrichtung für die mikroklimatische Regulierung von isolierten Umgebungen bestimmt für Aquikultur, Hydrokultur und Gewächshauskultur

Info

Publication number: DE69415700T2
Application number: DE69415700T
Authority: DE
Inventors: Romeo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2014-02-02
Also published as: ES2128540T3; EP0610163A1; EP0610163B1; DE69415700D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein durch Sonnenenergie aktiviertes System zur Beheizung und Mikroklimatisierung von Kleingewächshäusern, Saatbetten und Behältern für Wasserkulturen und landwirtschaftliche Züchtungen.
Die Erfindung, gemäß welcher der Kultivierungstank mit Kollektoren, Speicherbehältern und Steuerelementen ausgerüstet ist, ermöglicht die Verwendung von Solarenergie auch für Mikrosysteme.
Im Bereich der Zier-Landwirtschaft schafft die Erfindung eine bemerkenswerte Innovation und ermöglicht Anbau und Zucht von tropischer Süßwasser-Flora und - Fauna in Gärten oder auf Terrassen.
Zur Beheizung von Kleingewächshäusern für Gärten oder Balkone wird üblicherweise eine Elektroheizung mit Konvektoren, gerippten Oberflächen oder Heizkabeln verwendet.
Bei einer anderen Heizanlage werden Öfen verwendet; doch sind diese wegen ihrer Installations- und Wartungsprobleme für Kleinanlagen unzweckmäßig.
Zur Unterstützung von Saatbett-Kulturen können neben dem herkömmlichen Düngerbett auch Heizkabel zum Einsatz kommen.
Die Verwendung von Solarenergie ist auf größere Systeme beschränkt, da die Installierung von Sonnenkollektoren, Speicherbehältern und Rohren oder Steuerelementen für kleine Balkongewächshäuser oder Saatbettkulturen ungeeignet ist.
Im Bereich der naturalistischen Zier-Landwirtschaft stellt die Erfindung eine Innovation im Vergleich zu dem bisherigen Angebot der Industrie dar: Aquarien in Innenräumen oder Gartenteiche.
Für Wasserpflanzen und -tiere sind Gartenteiche und Pools eine natürlichere Umgebung als Aquarien, weil sie bessere Selbstregulierungsmöglichkeiten aufweisen. Dies ist auf die Wirkung des Sonnenlichts und die Abgabe von Fremdsubstanzen aus der Umwelt zurückzuführen. Nach Ansicht von Aquariumliebhabern, die im Sommer tropische Fische in Teichen unter freiem Himmel züchten, ist dies für Größe, Farbe und Lebensbedingungen der Tiere günstig.
Die auf dem heutigen Markt erhältlichen Gartenteiche und Pools verwenden für die Auskleidung entweder PVC oder ähnliches Material oder Teichbetten aus Fiberglas oder Kunststoff. Diese werden entweder eingegraben oder einfach auf dem Boden verlegt. Wegen der großen Dichtungsfläche sowohl gegenüber dem Boden wie der Atmosphäre wird bei dieser Art von Teichen die während der Exposition gespeicherte Wärme bald freigesetzt, so daß diese rasch die Umgebungstemperatur annehmen. Anbau und Aufrucht von tropischer Süßwasserflora- und -fauna, für die eine Temperatur von mindestens 22-23ºC benötigt wird, ist daher auf wenige Monate des Jahres beschränkt.
Die Literaturstelle DE-A-31 14 952 (D1) offenbart eine Mikroklimanlage mit einem Tank ohne Bodenwandung, wodurch die Möglichkeit ausgeschlossen ist, diesen auch als Aquarium zu benutzen. Darüber hinaus ist bei dem aus D1 bekannten System der Sonnenkollektor innerhalb des Kultivierungstanks angeordnet, während sich dieser Sonnenkollektor bei der vorliegenden Erfindung außerhalb desselben befindet, so daß der Wärmeaustausch durch den Kontakt des Wärmespeicherbehälters mit dem Tank erfolgt.
Die vorliegende Erfindung, welche lediglich Sonnenenergie einsetzt, ermöglicht Aufzucht und Anbau tropischer Fische und Pflanzen unter freiem Himmel während des ganzen Jahres.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine axonometrische, auseinandergezogene Ansicht eines Aquariums gemäß der Erfindung, in welchem die Kollektorflüssigkeit durch natürliche Konvektion zirkuliert;
Fig. 2 eine axonometrische perspektivische Ansicht eines natürlichen Konvektionssaatbettes gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Saatbettes nach Fig. 2;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung für ein kleines Terrassengewächshaus;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform nach der Erfindung mit natürlicher Konvektion der Kollektorflüssigkeit und integrativer Speicherung vermittels eutektischer Salze;
Fig. 6 eine axonometrische perspektivische Ansicht eines Aquariums nach der vorliegenden Erfindung mit verstärktem Umlauf der Kollektorflüssigkeit;
Fig. 7 ein Betriebsschema der Ausführungsform nach Fig. 6;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gewächshauses mit wenig verstärktem Umlauf;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform nach Fig. 8;
Fig. 10 eine einfache Speicherform der Erfindung;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform nach Fig. 10;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 8;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Kultivierungstank, welcher durch transparente Platten 2, 2b isoliert ist; mit dem Bezugszeichen 3 wird eine bewegliche, transparente Abdeckung, mit 4 wird eine Belüftungsöffnung und mit 5 ein spezieller L- förmiger Heißwasserspeicher mit Ableitflächen zur Verlängerung der Flüssigkeitsbahn bezeichnet; das Bezugszeichen 6 bezeichnet den Kollektorflüssigkeitszulauf mit einem den Rückfluß unterbindenden Ventil; 8 bezeichnet einen Sonnenkollektor und 9 einen Schirm zur Regulierung der Vorrichtung.
Was die Wärmeregulierung angeht, arbeitet die Vorrichtung nach dem Gesetz der natürlichen Konvektion; die Zirkulierung zwischen Wärmespeicher und Kollektor erfolgt, wenn letzterer einem Strom von Sonnenenergie ausgesetzt wird. Zur Erzielung maximaler Effizienz ist das System unter freiem Himmel an einer Stelle ohne Schatten zu plazieren, wobei die Kollektorplatte und die schräg verlaufende Abdeckung nach Süden zeigen. Tagsüber wird das Wasser sowohl von oben durch direkte Einstrahlung und konvektiven Austausch mit der Atmosphäre innerhalb der Abdeckung, sowie von unten durch Leitung zwischen dem Boden des Kultivierungstanks und der Kollektorflüssigkeit erwärmt, welche durch den im L-förmigen unteren Speicherbehälter vorgesehenen Sonnenkollektor erwärmt wird. Beide Mechanismen können durch die Schattierungs- und Belüftungsöffnungen reguliert werden.
Während aufgrund der Isolierung des Systems der größte Teil der tagsüber gespeicherten Wärme gehalten werden kann, gibt der L-förmige Speicherbehälter nachts Wärme an den Teich ab, wodurch die erforderlichen Zuchtbedingungen gewährleistet werden (der Unterschied von wenigen Graden zwischen der am späten Nachmittag erreichten Höchsttemperatur und der in den ersten Morgenstunden erreichten Mindesttemperatur kann als Vorteil für das biologische Gleichgewicht betrachtet werden).
Fig. 2 zeigt ein Saatbett, an welchem zwei Sonnenkollektoren 8 und zwei Speicherbehälter 5 vorgesehen sind.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Ablauföffnung, während 11 bestimmte Lufzwischenträume bezeichnet.
In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 12 einen regulierbaren Schirm für die Schattierung des Kultivierungstanks.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Kollektormedium Luft ist; das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Luft-Sonnen- Kollektor mit Schmelzsalzgefachen innerhalb des Speicherbehälters 5. Bei dieser Ausführungsform wird die Thermoregulierung auch durch natürliche Konvektion erreicht. Tagsüber bewirkt der Heißluftstromstrom zwischen dem Sonnenkollektor und dem Speichertank unter Erwärmung des Systems von unten her, daß die Salze im L-förmigen Speicherbehälter schmelzen und Wärme absorbieren. Wenn die Temperatur nachts bis zum Kristallisationspunkt absinkt, wird die gespeicherte Wärme wieder freigesetzt. Die Tatsache, daß der Einlaß sich am Boden des Speicherbehälters befindet und die an diesem vorgesehene Kanalisation bewirken, daß keine Wärme nach außen abgegeben wird, wobei gleichzeitig ein Wärmeübergang auf den oberen Behälter durch Leitung möglich ist.
Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Aquarium mit verstärktem Umlauf des Kollekorfluids mit einem Solardestillierer 21 mit schräg gestellter Wanne.
Das im Garten oder auf der Terrasse aufzustellende Aquarium erlaubt eine automatische Temperaturregelung durch ein Thermostat. Ein Kollektor 15 mit Fotozelle zur Aufladung eines Akkumulators 20 liefert die für die Regulierung und Funktion der Zirkulationseinrichtungen erforderliche Energie.
In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 16 das (mit einem Festpunktthermostat oder einem Differentialthermostat versehene) Kontrollsystem, welches mit Hilfe der Zirkulationspumpe 18 die Zirkulation zwischen dem Speicherbehälter 5a enthaltenen Medium und dem auf der Unterseite des Kultivierungsbehälters 1 vorgesehenen Wärmeaustauscher 22 aktiviert.
Fig. 8 und 9 zeigen dieselbe in einem Kleingewächshaus verwendete Ausführungsform der Erfindung wie Fig. 6 und 7. In diesem Beispiel wird die Zirkulationspumpe durch eine Elektroquelle gespeist.
Fig. 10 und 11 zeigen eine einfache Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters, in welchem die Isolierung und die transparente Abdeckung eine optimale Wärmeträgheit des Kultivierungswassers zulassen.
Das speziell für die Landwirtschaft konzipierte System läßt sich für die saisonale Aufrucht von tropischen Fischen, zur Züchtung von Lebendfutter für Aquarium-Tiere (Daphnia (Wasserflöhe), Cyclops (Hüpferlinge) etc.) zur Überwinterung von Nymphea (Nympfgewächsen) und anderen frostempfindlichen Wasserpflanzen, welche den Sommer über in Pools und Gartenteichen gehalten werden, verwenden.
Fig. 11 zeigt eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung, in welcher das Bezugszeichen 15 eine abgeschrägte, auf der transparenten Abdeckung angeordnete Fotovolttafel bezeichnet. Der für das Zuchtzubehör (Belüfter, Pumpen, Dekorationslampen etc.) benötigte elektrische Strom wird auf einen Akkumulator übertragen.
Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 12 das gesamte Reguliersystem weggelassen; Bezugszeichen 50a bezeichnet den Wärmespeicher, dessen besondere Form eine bessere Ausnutzung des vorhandenen Platzes für die Kulturen ermöglicht; das Bezugszeichen 80 bezeichnet einen Sonnenkollektor, 122 Wärmeaustauschrohre, 30 die transparente Abdeckung, und das Bezugszeichen 200 bezeichnet die Isolierung.
Abschließend zeigt die Fig. 13 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Saatbett, bei welchem der Sonnenkollektor 108 mit Gelenken versehen ist, so daß die Neigung variierbar ist.
Das Bezugszeichen 100 bezeichnet einen ausfahrbaren Kultivierungstank, welcher von dem L-förmigen Speicherbehälter 50 durch einen Luftzwischenraum 111 getrennt ist; 40 bezeichnet die Belüftungsöffnungen des Luftzwischenraums, so daß der Luftstrom wegen des Kontakts mit dem L-förmigen Speicherbehälter in heißem Zustand auf die Innen- oder Außenseite der Vorrichtung geführt werden kann.

Claims

1. Mikroklima-Anlage bestehend aus einem Kultivierungstank (1), einem wärmespeichernden Fluid, einem außerhalb dieses Tanks (1) angeordneten Behälter (5) für das wärmespeichernde Fluid, einem Sonnenkollektor (8, 13, 80,108), welcher mit dem Außenbehälter (5) über Einlaß- und Auslaßkanäle (6, 7) für das wärmespeichernde Fluid verbunden ist, und einer beweglichen, transparenten Abdeckung (3) für den Tank (1), welcher mit einem beweglichen Schattierungsschirm versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) eine Bodenwand (23) und der Außenbehälter (5) für das wärmespeichernde Fluid zumindest eine mit der Bodenwand (23) in Kontakt befindliche Wand aufweist, und daß der Sonnenkollektor (8, 13, 80,108) sich außerhalb des Tanks (1) befindet, so daß der Wärmeaustausch über diesen Kontakt des Wärmespeicherbehälters (5) mit dem Tank (1) erfolgt.

2. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor (8) sich zumindest mit einer Seite mit dem Tank (1) in Kontakt befindet.

3. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter für das wärmerspeichernde Fluid L-förmigen Querschnitt aufweist, sich zumindest mit zwei Seiten mit dem Tank (1) in Kontakt befindet und innere Ableitflächen besitzt, um die Bahn des Speicherfluids zwischen den Ein- und Auslaßkanälen (6, 7) zu verlängern.

4. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor (8) mit einem Schattierungsschirm (9) zur Regulierung der Temperatur des Wärmespeicherfluids versehen ist.

5. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (7) des Wärmespeicherfluids mit einem den Rückfluß verhindernden Ventil versehen ist.

6. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1 mit einer transparenten Abdeckung (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Tanks (1) isoliert sind.

7. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierten Seiten (2) Innenflächen aufweisen, welche Infrarotstrahlung reflektieren.

8. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid eine Flüssigkeit ist.

9. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Gas ist.

10. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlauf des Wärmespeicherfluids unter Aufwendung von Kraft erfolgt.

11. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Kraftaufwand erfolgende Umlauf des Wärmespeicherfluids mit Hilfe einer elektrischen Pumpe (18) erfolgt.

12. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (18) mit durch eine Fotozelle (15) erzeugten Strom gespeist wird.

13. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbehälter (5) Schmelzsalze der eutektischen Reihe enthält, welche Wärmeenergie speichern, wenn sie Infrarotstrahlung ausgesetzt werden und diese durch eine Zustandsänderung vom festen in den flüssigen Zustand freigeben.

14. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solare Destillieranlage mit abgeschrägter Wanne (21) zur Optimierung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kultivierungswassers.

1 S. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Fotozelle (15), welche die Zubehörteile mit elektrischem Strom versorgt, welche für das Wachstum der im Tank (1) enthaltenen Organismen erforderlich sind.

16. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einige Seiten des Tanks (1) transparent sind, um Einsicht von außen zu gewähren.

17. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Seiten aus zwei, einen trockenen Raum bildenden Flächen bestehen.

18. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Seiten durch isolierte Türen gegen Wärmeableitung geschützt sind.

19. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Seiten durch Türen (28) aus transparentem Material geschützt sind.

20. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das wärmespeichernde Fluid enthaltende Behälter (5) einen gestuften Querschnitt aufweist.

21. Mikroklima-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor (8) mit Gelenken versehen ist, so daß seine Neigung veränderbar ist.