EA001982B1 - Теплица - Google Patents

Abstract

Теплица, содержащая основание (23), светонепроницаемые теплоизолированные стоячие стены (24) и полупрозрачную крышу, отличающаяся тем, что ее крыша состоит из продольных почти плоских полос (2), выполненных светонепроницаемыми и установленных с возможностью поворота вокруг оси поворота, проходящей в продольном направлении этих полос, так что при повороте этих полос (2) в горизонтальное или лежачее положение верхняя сторона теплицы (3) становится практически светонепроницаемой, при этом для поворота указанных полос (2) имеются средства (27-30) поворота.

Description

Настоящее изобретение относится к теплице, содержащей основание, светонепроницаемые теплоизолированные стоячие стены и плоскую крышу, состоящую, по меньшей мере, из одной продольной почти плоской светонепроницаемой полосы.

В обычных теплицах стены и крыша чаще всего изготовлены из полупрозрачного материала, например, из стекла или синтетического материала.

Принцип действия таких теплиц основан на том, что длина волны солнечного света, проходящего сквозь указанный материал, изменяется при отражении от почвы или растений, находящихся внутри теплицы, и вследствие этого волны задерживаются этим материалом, а тепло остается в теплице.

При интенсивном солнечном свете температура внутри теплицы может подниматься слишком высоко, и воздействие солнечных лучей ограничивают путем размещения на крыше светозадерживающих настилов.

Несмотря на то, что применение таких теплиц дает хорошие результаты в районах с умеренным климатом, их нельзя использовать в районах, где много солнца, например, в пустынях.

Поэтому в таких районах принято строить теплицы, вертикально стоящие стены которых светонепроницаемы и теплоизолированы, а на их полупрозрачной крыше размещают разборные настилы, снабженные отражателями, изготовленными, например, из алюминия и пропускающими только ограниченное количество света.

Разборные настилы сравнительно дороги и подвержены воздействию ультрафиолетового излучения, поэтому их приходится регулярно менять.

Кроме того, даже при наличии таких настилов теплицу необходимо охлаждать. Такое охлаждение, осуществляемое, например, при помощи охлаждающего воздуха, требует дополнительного расхода энергии и обходится поэтому сравнительно дорого. Более того, добиться равномерного охлаждения всей теплицы очень сложно.

Теплица указанного в первом абзаце типа со светонепроницаемыми вертикально стоящими стенами и крышей из одной светонепроницаемой полосы описана в патенте Великобритании №2215357. В этой теплице применено двухуровневое остекление одной поверхности. Система подвижных теплоизоляционных панелей установлена над остеклением нижнего уровня. Крыша наклонена и светонепроницаема, и под ней установлена система подвижных теплоизолированных панелей отражающего потолка.

Целью настоящего изобретения является создание теплицы, в которой отсутствуют вышеперечисленные и другие недостатки, которая при этом сравнительно недорога и в которой обеспечено хорошее равномерное регулирование температуры внутреннего пространства при минимальных затратах энергии.

В соответствии с изобретением достижение этой цели обеспечено благодаря тому, что плоская крыша расположена горизонтально и состоит из продольных полос, образованных зеркалами, проходящими в восточном/западном направлении и установленными с возможностью поворота вокруг оси поворота, проходящей в продольном направлении этих зеркал, и, таким образом, следования за сезонным перемещением солнца, а при повороте в горизонтальное или лежачее положение образования практически светонепроницаемой верхней стороны теплицы, причем для поворота указанных зеркал и направления их на солнце имеются средства поворота, а сами зеркала являются частью устройства для выработки пара, которое содержит, по меньшей мере, один коллектор, расположенный над указанными зеркалами и содержащий трубу для текучей среды и зеркало для собирания солнечных лучей, отраженных указанными зеркалами, и отражения их на трубу.

В Европейском патенте №0371000 описано устройство для создания тени, например, в традиционной теплице с прозрачными вертикально стоящими стенами, которое образовано несколькими параллельными полосами, установленными с возможностью поворота вокруг оси, проходящей в продольном направлении этих полос. Каждая полоса имеет верхнюю часть, образующую солнечный элемент, и нижнюю часть, верхняя поверхность которой образует зеркало, а нижняя поверхность является отражающей.

В патенте США №4095369 описана теплица, снабженная покрывающим приспособлением, установленным под крышей из светопроницаемого материала и поддерживаемым при помощи поддерживающего устройства. В этом патенте не указаны вертикально стоящие стены. Покрывающее приспособление содержит несколько поворотных по существу цилиндрических параболических отражателей. Вдоль фокальных линий этих отражателей установлен соответствующий трубопровод для подачи теплоносителя. Эти трубопроводы являются частью системы циркуляции теплоносителя. Когда коллекторы направлены на солнце, они отражают солнечную энергию на свой трубопровод.

В патенте США №4219008 описана обычная теплица с прозрачными вертикально стоящими стенами, под прозрачной крышей которой расположены несколько параллельных поворотных плоских полос. Каждая полоса имеет темную светопоглощающую наружную поверхность и обращенную в противоположную сторону отражающую поверхность, а вдоль про дольной оси полосы установлена труба для пропуска текучей среды.

В соответствии с изобретением средства поворота зеркал предпочтительно выполнены в виде средств поворота этих зеркал группами из нескольких зеркал или по отдельности.

Предпочтительно зеркала установлены с возможностью поворота вокруг оси, проходящей посередине их ширины.

Нижняя сторона зеркал может отражать свет в рассеянном виде.

Описанная выше теплица с полосами в виде зеркал представляет особый интерес как часть устройства для выработки пара, который может использоваться в паровой турбине для получения электричества или в испарителе для опреснения морской воды, при этом над зеркалами установлен, по меньшей мере, один коллектор, в котором нагревается текучая среда.

Через теплицу может быть проведена труба, по которой протекает охлаждающая вода и/или произведенная пресная вода для нагревания теплицы, и/или для полива в ней растений посредством разбрызгивателей, присоединенных к указанной трубе, и/или для поддержания необходимого уровня влажности в теплице.

Для лучшего пояснения особенностей изобретения ниже в виде примеров, не ограничивающих объем изобретения, описаны предпочтительные варианты выполнения предлагаемой теплицы со ссылками на приложенные чертежи, на которых фиг. 1 схематически изображает устройство для использования солнечной энергии, в состав которого входят предлагаемые теплицы, фиг. 2 схематически изображает поперечный разрез предлагаемой теплицы, входящей в состав устройства, показанного на фиг. 1 , фиг. 3 изображает разрез, аналогичный разрезу, показанному на фиг. 2, но при ином положении зеркал, фиг. 4 изображает фрагмент, обозначенный на фиг. 3 как Р4, в увеличенном масштабе, фиг. 5, 6, и 7 схематически изображают положение зеркал одной теплицы для трех различных моментов в течение дня.

Устройство для использования солнечной энергии, схематически изображенное на фиг. 1 , содержит устройство 1 для выработки пара, которое в основном содержит несколько рядов, в показанном примере три ряда, параллельных поворотных плоских зеркал 2 в форме полос, образующих крышу теплиц 3, коллектор 4-5 в виде продольного изогнутого зеркала 4, расположенного над каждым рядом зеркал 2 и направленного своим раствором в сторону зеркал 2, и трубу 5, проходящую под следующими один за другим коллекторами 4.

В продольном направлении зеркала 2 проходят в восточном/западном направлении, при этом они установлены с возможностью поворота вокруг геометрической оси, проходящей в продольном направлении посередине их ширины.

Коллекторы 4-5 также проходят в продольном направлении зеркал 2.

Конструкция зеркал 2 и способ их поворота далее объяснены подробно вместе с описанием конструкции теплицы 3 и ее действия.

За теплицей труба 5 присоединена к водопроводной трубе 6, в которой установлен насос 7, а перед теплицей - к паровой трубе 8.

Труба 8 присоединена к трубе 6, вопервых, первой трубой 9, в которой последовательно установлены кран 10, паровая турбина 11, соединенная с генератором 12, конденсатор 13 и второй кран 14, и, во-вторых, второй трубой 15, в которой последовательно установлены кран 16, испаритель 17 и второй кран 18.

Через испаритель 17 проходит дополнительная труба 19, в которой установлен конденсатор 20 и которая выходит в трубопровод 21, проходящий вдоль теплицы 3, а через конденсатор 20 проходит охлаждающая труба 22.

Работа такого устройства 1 для выработки и использования пара происходит следующим образом.

Зеркала 2, образующие крыши теплиц 3, отражают собираемое ими солнечное излучение на установленное над ними зеркало 4, которое, в свою очередь, отражает это излучение на трубу 5.

В результате этого вода в трубе 5 нагревается под следующими друг за другом зеркалами 4, превращается в пар, и этот пар перегревается.

Этот перегретый пар по трубе 8 поступает в трубы 9 и 15 в соотношении, задаваемом, соответственно, положением кранов 10 и 14, 16 и 18. Пар в трубе 9 приводит в движение турбину 11, которая вращает генератор 12, тогда как использованный конденсированный пар через трубу 6 поступает обратно в трубу 5 для последующего нагрева и превращения в перегретый пар.

Пар в трубе 15 обеспечивает испарение морской воды, поступающей через трубу 19, в испарителе 17. Образующийся при этом пар конденсируется в конденсаторе 20 с получением пресной воды, которая затем поступает в трубопровод 21.

Особенностью этого изобретения являются теплицы 3, которые аналогичны так называемому фитотрону, но которые имеют, однако, важное отличие, заключающееся в том, что используется только солнечная энергия и освещаются теплицы не при помощи ламп, а солнечным светом.

Так же как в фитотроне, каждая теплица 3, как показано на фиг. 2 и 3, содержит основание 23 и четыре стоячие стены 24, светонепроницаемые и обладающие свойством значительной теплоизоляции.

Как уже указано выше, крыша каждой теплицы 3 образована рядом зеркал 2.

Каждое зеркало 2 состоит из полосы 25 шириной, например, приблизительно 50 см и длиной около 10 м, верхняя сторона которой является отражающей, например, покрыта отражающей фольгой или отражающим слоем, а нижняя сторона отражает свет в рассеянном виде, например, покрыта слоем, отражающим свет в рассеянном виде.

Полоса 25, как подробно показано на фиг. 4, прикреплена своей нижней стороной к трубе 26, которая в нескольких местах установлена в раме на подшипниках. Способ крепления труб не показан.

Зеркала 2 установлены с возможностью поворота вокруг оси, проходящей в продольном направлении этих зеркал и совпадающей с осью соответствующей трубы 26, либо совместно, либо по отдельности, но предпочтительно группами из нескольких зеркал, например по четыре. Указанный поворот осуществляется посредством двигателя 27 при помощи передачи, содержащей цепь 28, в данном примере проходящей по цепным колесам 29, расположенным на концах труб 26, и по цепному колесу 30, расположенному на валу двигателя 27.

Работа двигателей 27 управляется управляющим устройством, так что зеркала 2 обычно направлены своей отражающей верхней стороной на солнце и отражают свет на зеркало 4, но при необходимости можно использовать другой вариант конструкции.

Таким образом, зеркала 2 следуют за перемещением солнца, то есть, поскольку они направлены на восток/запад, за сезонным перемещением солнца, составляющим между летом и зимой угол в 46°.

На фиг. 2 и 3 представлена теплица, расположенная на тридцатиградусной широте. В начале зимы солнечные лучи образуют с зенитом угол в 53°, как показано на фиг. 2, а в начале лета - угол в 7°, как показано на фиг. 3.

Таким образом, на этой широте солнце остается по одну сторону зенита. Следовательно, единственный коллектор 4-5, проходящий в восточном/западном направлении, расположен над самым северным зеркалом 2 из ряда зеркал, образующих крышу.

Очевидно, что несколько зеркал 2, отражающих солнечные лучи на коллектор 4-5, повернуты.

Это означает, что солнечный свет падает непосредственно в теплицу 3 между двумя соседними повернутыми зеркалами 2, что показано на фиг. 4 штрих-пунктирными линиями 31. Расстояние между этими линиями 31 представляет собой ширину пучка лучей, попадающих в теплицу 3.

Между этими соседними зеркалами 2 также проникает рассеянный свет, как показано стрелками 32 на фиг. 4.

Когда два соседних зеркала 2 расположены горизонтально, они практически соприкасаются, поэтому ни прямой, ни рассеянный свет не может проникнуть между ними в теплицу 3.

Через каждую теплицу 3 проходят трубы 33, присоединенные к трубопроводу 21 насосом 34. В теплице 3 на этих трубах 33 установлены регулируемые разбрызгиватели 35, направленные вниз, и регулируемые разбрызгиватели 36, направленные вверх. Кроме того, для улучшения теплообмена с внутренним пространством теплицы на некоторых трубах 33 могут быть установлены ребра 37.

Под крышей установлена арматура с трубчатыми лампами 38, специально сконструированными для освещения растений.

Эта арматура имеет направленные вверх отражатели, так что свет ламп 38 отражается на крышу, и тем самым на зеркала 2.

Работа таких теплиц 3 происходит следующим образом.

Рано утром солнце находится слишком низко над горизонтом, и солнечного излучения не достаточно для получения перегретого пара в трубе 5.

Следовательно, солнечное излучение расходуется исключительно на растения в теплице 3, и все зеркала 2 расположены почти вертикально, как схематически изображено на фиг. 5. Благодаря тому, что нижняя сторона зеркал 2 отражает свет в рассеянном виде, это излучение отражается в теплице 3 в виде рассеянного света.

Как только солнечное излучение позволяет вырабатывать достаточное количество пара, зеркала 2 поворачивают таким образом, чтобы они отражали солнечные лучи на коллектор 4-5, и сначала открывают краны 10 и 14, а если количества пара достаточно для обеспечения работы опреснителя 17, то открывают краны 16 и 18.

В полдень, когда солнце выше всего поднимается над горизонтом, зеркала 2 в начале зимы находятся в положении, показанном на фиг. 2, а в начале лета - в положении, показанном на фиг. 3.

Таким образом, между повернутыми зеркалами 2 в теплицу 3 попадает небольшое количество прямого солнечного излучения, тогда как рассеянного света в теплицу 3 проникает много. Кроме того, чрезмерное количество прямого солнечного света неблагоприятно влияет на процесс фотосинтеза для большинства растений.

Если все солнечное излучение попадет прямо на растения в теплице 3, оно сожжет их. Тенелюбивым растениям, например, требуется энергия излучения, составляющая 200-300 ватт на м², тогда как в пустыне солнечное излучение достигает 1000 ватт на м².

Следует заметить, что зимой зеркала 2 в среднем наклонены больше, чем летом, поэтому на протяжении зимы, когда солнце светит меньшее количество времени, сравнительно больше рассеянного света попадает в теплицу 3, так что общее количество рассеянного света летом и зимой отличается не существенно.

Поверхность зеркал 2 рассчитана с запасом, так что на протяжении большей части дня и особенно в полдень зеркала 2 отражают больше солнечного излучения, чем необходимо для выработки пара.

Этот излишек излучения не попадает на коллектор 4-5, а направлен внутрь теплицы 2, частично в виде рассеянного света, путем последовательного поворота различных групп из нескольких зеркал 2, в приведенном примере из четырех, в почти вертикальное положение, как схематически изображено на фиг. 6.

Таким образом, большое количество рассеянного света попадает внутрь теплицы 3 между зеркалами 2 благодаря их нижним сторонам, которые отражают свет в рассеянном виде, так что в теплицу 3 для обеспечения оптимальных условий для фотосинтеза растений попадает достаточное количество энергии.

Путем последовательного или поочередного поворота других зеркал 2 свет каждый раз распределяется на остальные участки теплицы 3.

Ночью все зеркала 2, образующие крышу теплицы 3, повернуты в горизонтальное положение, как схематически показано на фиг. 7, чтобы как можно больше тепла сохранялось внутри теплицы

3. Растения освещают лампами 38, свет которых отражается в теплице в рассеянном виде от нижних сторон зеркал 2, отражающих свет в рассеянном виде.

В этом случае пар для турбины 11 и опреснения воды должен вырабатываться обычным способом с использованием парового котла.

Так как ночью общий расход энергии ниже, чем в течение дня, часть тока можно использовать для питания ламп 38.

Так как падающие лучи в основном поступают в рассеянном виде и распределяются по большой поверхности, пространство в теплице 3 нагревается мало. Кроме того, источники поступающего или выделяющегося тепла находятся на сравнительно большом расстоянии от основания 23, например в четырех метрах, и тепло сразу же уходит в щели между повернутыми зеркалами 2.

Таким образом, из теплицы уходит даже больше тепла, чем нужно, и для поддержания температуры, необходимой для обеспечения идеальных условий для фотосинтеза, приходится подогревать ее внутреннее пространство.

Это осуществляют путем подачи опресненной воды в теплицу 3 из трубопровода 21 через трубу 33, снабженную ребрами 37. Эта вода в трубопроводе 21 представляет собой конденсированный пар из конденсатора 20, полученный с использованием морской воды, температура которой составляет, например 30-35°С, и имеющий температуру 40°С или более.

Та же самая вода при необходимости используется и для полива растений посредством дистанционно-управляемых регулируемых разбрызгивателей 35, установленных на трубах 33, и для поддержания требуемой влажности в теплице 3 при помощи дистанционно-управляемых регулируемых разбрызгивателей 36.

Остающаяся вода может использоваться для охлаждения конденсатора 13 или турбины 11.

Таким образом, в течение дня теплицы 3 не потребляют никакой другой энергии, кроме солнечной. В общем, устройство 1 даже способно вырабатывать значительную избыточную электроэнергию, которую можно использовать для любых целей, например для питания установок для кондиционирования воздуха. Это устройство также вырабатывает воду, необходимую для растений.

Таким образом, система в целом очень экономична, при этом легко могут быть обеспечены оптимальные условия для выращивания растений.

Понятно, что количество теплиц 3 не ограничено тремя. Целое поле площадью в несколько гектаров может быть образовано этими теплицами.

Не обязательно, чтобы крыша каждой теплицы состояла только из одного ряда зеркал 2. Крыша одной теплицы 3 может содержать несколько рядов зеркал 2; аналогично один ряд зеркал 2 может образовывать крышу нескольких теплиц 3.

Коллектор 4-5 не обязательно должен быть расположен над крайним зеркалом 2. Также над рядом зеркал 2 может быть установлено несколько коллекторов 4-5.

Зеркала 2 не обязательно должны быть направлены в восточном/западном направлении. Они могут быть также направлены в продольном направлении с севера на юг, и в этом случае зеркала 2, используемые для выработки пара, следуют за перемещением солнца в течение дня.

Также в этом случае группы зеркал 2 последовательно поворачивают таким образом, что они не отражают никакого света на коллектор 4-5, а отражают рассеянный свет внутрь теплицы 3.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Теплица, содержащая основание (23), светонепроницаемые теплоизоляционные стоячие стены (24) и плоскую крышу, состоящую, по меньшей мере, из одной продольной почти плоской светонепроницаемой полосы (25), отличающаяся тем, что плоская крыша расположена горизонтально и состоит из продольных полос, образованных зеркалами (2), проходящими в восточном/западном направлении и установленными с возможностью поворота вокруг оси поворота, проходящей в продольном направлении этих зеркал, и, таким образом, следования за сезонным перемещением солнца, а при повороте в горизонтальное или лежачее положение образования практически светонепроницаемой верхней стороны теплицы (3), причем для поворота указанных зеркал (2) и направления их на солнце имеются средства (27-30) поворота, а сами зеркала (2) являются частью устройства для выработки пара, которое содержит, по меньшей мере, один коллектор (4-5), расположенный над указанными зеркалами (2) и содержащий трубу (5) для текучей среды и зеркало (4) для собирания солнечных лучей, отраженных указанными зеркалами (2), и отражения их на трубу (5).
2. 2. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что средства (27-30) поворота зеркал (2) выполнены в виде средств, выполненных с возможностью поворота этих зеркал группами из нескольких зеркал (2).
3. 3. Теплица по п.1, отличающаяся тем, что средства (27-30) поворота зеркал (2) выполнены в виде средств, выполненных с возможностью поворота этих зеркал по отдельности.
4. 4. Теплица по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что зеркала (2) установлены с возможностью поворота вокруг оси, проходящей посередине их ширины.
5. 5. Теплица по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что нижняя сторона зеркал (2) отражает свет в рассеянном виде.
6. 6. Теплица по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она является частью устройства (1) для выработки пара, который используется в паровой турбине (11) для получения электричества и/или в испарителе (17) для опреснения морской воды.
7. 7. Теплица по п.6, отличающаяся тем, что через нее проходит труба (33), по которой протекает охлаждающая вода и/или произведенная пресная вода для нагревания теплицы (3) и/или для полива в ней растений посредством разбрызгивателей (3536), присоединенных к указанной трубе (33), и/или для поддержания необходимого уровня влажности в теплице (3).
8. 8. Теплица по п.2 или 3, отличающаяся тем, что средства (27-30) поворота ее зеркал (2) управляются устройством управления так, что при небольшом солнечном излучении все зеркала повернуты в стоячее положение, и свет отражается внутрь теплицы (3) той стороной зеркал (2), которая отражает свет в рассеянном виде, а при солнечном излучении, достаточном для выработки пара, они направлены на солнце и на коллектор (4-5), при этом выборочная группа зеркал (2) может быть также повернута в стоячее положение с обеспечением отражения солнечного излучения в рассеянном виде внутрь теплицы (3).