EA007935B1 - Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс - Google Patents
Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс Download PDFInfo
- Publication number
- EA007935B1 EA007935B1 EA200400124A EA200400124A EA007935B1 EA 007935 B1 EA007935 B1 EA 007935B1 EA 200400124 A EA200400124 A EA 200400124A EA 200400124 A EA200400124 A EA 200400124A EA 007935 B1 EA007935 B1 EA 007935B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- heat
- insulating
- solar
- intensified
- reflecting
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
- Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
- Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping
Abstract
Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс относится к области сельского хозяйства и может быть использован для выращивания растений с меньшим потреблением извне электрической и тепловой энергии за счет расширенного использования энергии солнечных лучей для обогрева и освещения внутреннего пространства тепличного комплекса при одновременной интенсификации роста растений, а в некоторых вариантах комплекса - вообще без такого потребления. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс содержит основание, светопроницаемое теплоизолирующее куполообразное покрытие с круговым светопроницаемым теплоизолирующим проемом в центре, закрепленное на несущих опорах, вертикально установленных на основании, изготовленное из кровельных блоков из светонепроницаемого материала с малой теплопроводностью, с массивом сквозных отверстий в форме усеченных конусов или пирамид, покрытых изнутри лучеотражающим материалом, обращенных своими вершинами, в зависимости от исполнения, внутрь или наружу светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия, и закрытых снаружи и изнутри вставками из тонкого светопроницаемого материала, а поверхность вышеназванных блоков, обращенная внутрь светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия и незанятая сквозными и технологическими отверстиями, покрыта лучеотражающим материалом, площади с культивируемыми растениями, основное и вспомогательное технологическое оборудование и системы жизнеобеспечения растений, размещённые внутри светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия, гелиопоглощающий, теплоаккумулирующий
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области сельского хозяйства, в частности к теплицам для выращивания растений, и может быть использовано при сооружении тепличных комплексов, в которых обогрев и освещение их внутреннего пространства осуществляется посредством расширенного использования энергии солнечного излучения.
Аналогичные технические решения известны, см., например, патент RU № 2066526, который содержит:
основание;
светопрозрачную теплоизолирующую оболочку, выполненную в виде шара с отверстием в нижней части и закреплённую на опорах, установленных вертикально на основании;
круговые лотки для гидропонного выращивания растений, выполненные в виде секций и размещенные внутри шара;
подмости для ухода за растениями и обслуживания гидропонной установки, установленные по периметру круговых лотков;
комплекс инженерных систем жизнеобеспечения растений: дополнительного облучения, минерального питания, теплообеспечения, вентиляции и другие;
лестницы, связывающие ярусы круговых лотков между собой.
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного аналога являются основание, светопроницаемая теплоизолирующая оболочка, закрепленная на опорах установленных вертикально на основании, площади с культивируемыми растениями, основное оборудование и системы жизнеобеспечения растений, размещенные внутри светопроницаемой теплоизолирующей оболочки.
Технический результат, который невозможно достичь вышеприведенным аналогом, заключается в снижении потребляемой извне электрической и тепловой энергии при одновременной интенсификации роста растений за счет расширенного использования энергии солнечного излучения для обогрева и равномерного и более интенсивного освещения внутреннего пространства теплицы.
Причина невозможности достижения технического результата, указанного выше, заключается в том, что энергии солнечных лучей, падающих на обращенную к солнцу поверхность теплицы, недостаточно для обогрева внутреннего объема и равномерного освещения всей рабочей площади теплицы, вследствие наличия теневых зон, создающихся растениями и оборудованием, находящимися внутри теплицы, а также вследствие значительных тепловых потерь через её светопроницаемое покрытие.
Известно также аналогичное техническое решение (см. авт.св. СССР № 430822), которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит каркас, выполненный из железобетонных стоек, вертикально установленных на основании по окружности относительно центральной опоры, и двухскатных симметричных угловых арок, закрепленных своими концами на стойках углами вверх;
анкерные крепления, вертикально установленные на основании концентрично снаружи относительно каркаса в створах «центральная опора - стойка», «центральная опора - вершина угла двухскатной арки»;
ванты (стальные тросы), натянутые радиально между центральной опорой и анкерными креплениями и размещённые в трубах, опирающихся на стойки каркаса или на вершины углов двухскатных угловых арок;
двухслойное светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, образующее кровлю из двускатных секций, закрепленных на вантах и угловых арках, с полостями между внутренними и наружными слоями и с проемами на внутренних слоях у центральной опоры;
двухслойное светопроницаемое теплоизолирующее секционированное покрытие боковой стенки, закрепленное на основании, стойках и угловых арках с полостями между наружными и внутренним слоями и с проемами в каждой секции на внутренних слоях у основания;
воздушно-отопительные агрегаты, установленные внутри каждой секции у угловых арок и подсоединенные своими всасывающими патрубками к полостям в секциях боковой стенки, а нагнетающими патрубками, - к полостям в секциях кровли;
площади с культивируемыми растениями, системы жизнеобеспечения растений, размещенные внутри теплицы.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются составляющие гелиопреобразующее пространство светопроницаемые теплоизолирующие кровля и боковые стенки, образующие вместе светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, несущие опоры (стойки), вертикально установленные на основании, на которых закреплено покрытие, площади с культивируемыми растениями, основное оборудование и вспомогательные технологические средства, размещенные внутри покрытия.
Технический результат, который невозможно достичь посредством прототипа, заключается в снижении потребляемой извне электрической и тепловой энергии при одновременной интенсификации роста растений за счет расширенного использования солнечной энергии для обогрева и равномерного и более интенсивного освещения внутреннего пространства теплицы.
- 1 007935
Причина невозможности достижения результата, указанного выше, заключается в том, что энергии солнечных лучей, падающих на обращенную к солнцу поверхность теплицы, недостаточно для обогрева внутреннего объема и равномерного освещения всей рабочей площади теплицы (особенно в утреннее и вечернее время) из-за наличия теневых зон, создающихся растениями и оборудованием, находящимися внутри теплицы, а также вследствие значительных тепловых потерь через её светопроницаемое покрытие.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания тепличных комплексов со сниженным потреблением электрической и тепловой энергии за счет расширенного использования энергии солнечных лучей для обогрева и освещения внутреннего пространства теплицы при одновременной интенсификации роста растений является актуальной и на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что солнечный интенсифицированный тепличный комплекс, содержащий составляющие совместно гелиопреобразующее рабочее пространство светопроницаемое теплоизолирующее, в частности куполообразное покрытие, закреплённое на несущих опорах, установленных вертикально на основании, площади с культивируемыми растениями, основное оборудование и вспомогательные технологические средства, обеспечивающие функционирование названного комплекса по его проектному назначению, дополнительно оснащён гелиопоглощающим теплоаккумулирующим резервуаром, двумя отражателями света в форме усечённых конусов, лучеотражающими панелями с одно-двухкоординатными поворотными механизмами с управляемыми приводами и датчиками положения координат, датчиками освещённости в различных зонах рабочего пространства, датчиками температуры воздуха и рабочих сред в гелиопоглощающем теплоаккумулирующем резервуаре, датчиками направления и скорости ветра и компьютерным центром, применённым в качестве системы управления положениями лучеотражающих панелей и технологическими параметрами в гелиопреобразующем рабочем пространстве.
Светопроницаемое теплоизолирующее покрытие изготовлено из кровельных блоков, посредством которых образован массив сквозных отверстий в форме усечённых конусов или пирамид вершинами внутрь или наружу. Боковая поверхность отверстий и поверхность блоков, обращенная внутрь гелиопреобразующего пространства и не занятая сквозными технологическими отверстиями, покрыты лучеотражающим материалом. Конические или пирамидальные сквозные отверстия в блоках с обоих концов закрыты тонким светопроницаемым материалом. При этом оси отверстий в наружном слое кровельных блоков могут быть выполнены под углом от 10 до 40° к осям отверстий внутренних слоев кровельных блоков.
Блоки выполнены с применением светонепроницаемого материала с малой теплопроводностью, например, из композитов (пенистый полиуретан, армированный металлической сеткой, или углепластик, или пеноуглепластик), или пенокерамики, пеноалюминия, пеностекла, - однослойными, или трёхслойными, где крайние слои выполнены из бетона или пластиков и армированы, а средний выполнен из теплоизолирующего материала особо высокой эффективности, например, пенополиуретана, причём между слоями могут быть созданы теплоизолирующие воздушные полости.
В центре куполообразного покрытия соосно с ним, может быть выполнен сплошной круговой проём, закрытый двумя слоями тонкого светопроницаемого материала с воздушной полостью между ними.
Под покрытием, по его центру, на основании установлен гелиопоглощающий теплоаккумулирующий резервуар из двух емкостей, заполненных разнородными веществами, в частности, водой - первая, и поваренной солью - вторая, причём вторая ёмкость размещена внутри первой и теплоизолирована по бокам и снизу в первой емкости материалом с низкой теплопроводностью, а сверху - от внутренней среды гелиопреобразующего пространства, - светопроницаемым теплоизолирующим покрытием.
Над гелиопоглощающим теплоаккумулирующим резервуаром, по его центру размещён отражатель в форме вертикального пустотелого усечённого конуса вершиной вверх, внутренняя и внешняя боковые поверхности которого покрыты лучеотражающим материалом, а снаружи, над покрытием, по его центру, установлен второй отражатель в форме вертикального усечённого конуса вершиной вниз, внешняя боковая поверхность которого также покрыта лучеотражающим материалом. В специальных вариантах солнечного интенсифицированного тепличного комплекса отражатель, установленный над светопроницаемым теплоизолирущим покрытием, снабжён лучеотражающим покрытием и на внутренней поверхности, может иметь форму многогранной усечённой пирамиды, грани которой при ураганном ветре раскладываются вдоль поверхности светопроницаемого покрытия. Оба отражателя, преимущественно, оснащены теплообменниками системы охлаждения лучеотражающих поверхностей, например водой из первой ёмкости гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, прокачиваемой через трубки теплообменников циркуляционными насосами по кольцевой схеме.
На прилегающей к светопроницаемому теплоизолирующему покрытию территории, преимущественно, в два концентрических ряда размещены, в основном плоские, лучеотражающие панели, каждая из которых установлена на выходном звене однокоординатного или двухкоординатного поворотного механизма, который обеспечивает поворот панели в горизонтальной и/или вертикальной плоскостях на угол, ориентировочно, до 180°, и основание которого закреплено в верхней части опорной стойки, установ- 2 007935 ленной на земле.
Лучеотражающие панели выполнены одинарными, в форме прямоугольников, вытянутых в горизонтальном направлении, с креплением на выходном звене одно-двухкоординатного поворотного механизма посредством кронштейнов и профилей без уравновешивания, или двойными в форме пары прямоугольных рам с креплением на выходном звене двухкоординатного поворотного механизма по обе стороны опорной стойки, симметрично относительно её, посредством поперечины, кронштейнов и профилей, и уравновешиванием стропами, нижние концы которых закреплены посредством подвесок с опорами вращения на поперечине, а верхние - на верхнем конце дополнительной стойки, вертикально установленной, в частности на промежуточном звене двухкоординатного механизма.
Компьютерный центр, применённый в предлагаемом техническом решении в качестве системы управления, подключен своими входами к датчикам, перечисленным ранее, а выходами, - к входам задания параметров движения управляемых приводов поворотных механизмов лучеотражающих панелей, к входам управления систем отопления, вентиляции и другого основного оборудования и вспомогательных технологических средств, обеспечивающих функционирование названного комплекса по его проектному назначению.
Оснащение предлагаемого солнечного интенсифицированного тепличного комплекса теплоизолирующим, в частности куполообразным покрытием с массивом сквозных отверстий, покрытых изнутри светоотражающим материалом, и лучеотражающими панелями с одно-двухкоординатными поворотными механизмами, как указано выше, даёт возможность за счёт дополнительного светового потока, отражаемого панелями и рассеиваемого боковыми поверхностями отверстий в светопроницаемом теплоизолирующем покрытии, создать в пространстве под последним эффект «свет отовсюду», устраняя тем самым теневые зоны при одновременном увеличении общего количества света, падающего на культивируемые растения, а также достичь снижения тепловых потерь.
Форма выполнения отверстий в теплоизолирующем куполообразном покрытии, а также наличие светоотражающего покрытия на внутренних поверхностях отверстий и самого куполообразного покрытия существенно повышает интенсивность света, подаваемого на растения. Увеличение общего количества света, попадающего на растения, и его равномерное распределение обеспечивает более интенсивный рост растений и сокращает сроки их выращивания. При этом, если требуется усиление равномерности рассеяния света внутри светопроницаемого теплоизолирующего покрытия, конические или пирамидальные отверстия в кровельных блоках ориентируются вершинами наружу. При необходимости наращивания количества солнечной энергии внутри его, последние ориентируются вершинами внутрь.
Оснащение предлагаемого солнечного интенсифицированного тепличного комплекса двумя коническими, в частности, охлаждаемыми водой отражателями, описанными выше, гелиопоглощающим теплоаккумулирующим резервуаром и лучеотражающими панелями с автоматически управляемыми поворотными механизмами даёт возможность сконцентрировать, накопить и хранить в рабочих средах с высокой теплоёмкостью, заполняющих ёмкости гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, значительное количество тепловой энергии, поступающей с солнечным излучением в течение дня, особенно в полуденное время, что обеспечивает, с одной стороны, более равномерное в течение дня освещение растений естественным светом, и, с другой, - использование полуденного максимума солнечного излучения для удовлетворения тепловой и электрической энергией собственных нужд комплекса за счёт тепла, накопленного в рабочих средах гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара и используемого затем в системах обогрева (горячая вода в первой ёмкости гелиопреобразующего резервуара) и генерации электроэнергии (теплоэлектростанция, потребляющая горячий пар от парогенератора, связанного со второй ёмкостью гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара).
Компьютерный центр, примененный в предлагаемом техническом решении в качестве системы управления, формирует управляющие воздействия индивидуально для каждого автоматизированного привода поворотных механизмов лучеотражающих панелей, необходимые для отражения солнечных лучей с панелей на конический отражатель, расположенный над светопроницаемым покрытием, или на поверхность самого покрытия, а также управляющие воздействия для систем отопления, вентиляции и другого основного оборудования и вспомогательных технических средств, исходя из данных о географическом положении комплекса, текущем астрономическом времени, геодезических координат положения на местности каждой лучеотражающей панели, конического отражателя над куполом покрытия, размерах покрытия, а также с учётом текущих данных с выходов датчиков, размещённых внутри и вне светоотражаемого теплоизолирующего покрытия, прогнозов погоды и производственных планов.
Нижеприведенные чертежи и схемы поясняют устройство и принципы действия технического решения.
Фиг. 1 - общий вид отдельного варианта солнечного интенсифицированного тепличного комплекса.
Фиг. 2 - куполообразное покрытие комплекса, как пример возможной реализации.
Фиг. 3а, 3b - конструкции трехслойного кровельного блока в варианте направления вершин конических или пирамидальных отверстий наружу.
Фиг. 4 - схема хода лучей в конусообразном, сквозном отверстии прямого излучения снаружи внутрь и частично отражаемых обратно изнутри.
- 3 007935
Фиг. 5 - схема образования эффекта «свет отовсюду».
Фиг. 6 - схема хода лучей с однократным отражением от панелей при «высоком» Солнце.
Фиг. 7 - схема хода лучей с двукратным отражением от панелей при «низком» Солнце.
Фиг. 8 - общий вид одинарной лучеотражающей панели.
Фиг. 9 - общий вид сдвоенной лучеотражающей панели.
Фиг. 10 - структурная функциональная схема системы управления.
Фиг. 11 - геометрический чертёж для определения текущих значений координат φμ φ2 как функций исходных независимых переменных.
На фиг. 1-10 обозначено:
- основание;
- светопроницаемое теплоизолирующее куполообразное согласно примеру покрытие;
- несущие опоры;
4, 5 - площади с культивируемыми растениями, основное оборудование и вспомогательные технологические средства;
- наружный конусообразный отражатель с внешней боковой отражающей поверхностью;
- внутренний конусообразный отражатель с внутренней и наружной боковыми отражающими поверхностями;
- первая емкость гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, заполненная, как пример, водой;
- вторая ёмкость гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, заполненная, как пример, поваренной солью;
- лучеотражающие панели внутреннего концентрического ряда;
- лучеотражающие панели внешнего концентрического ряда;
- светопроницаемое теплоизолирующее покрытие второй емкости гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара 9;
- светопроницаемое теплоизолирующее покрытие, в качестве примера реализации, кругового проема в вершине светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2;
- несущая ферма;
- лучи Солнца;
- лучи, отраженные от лучеотражающих панелей 10, 11 на наружный конусообразный отражатель 6;
- лучи, отраженные наружным конусообразным отражателем 6 на гелиопоглощающий, теплоаккумулирующий резервуар;
- внутренний слой из бетона;
- внешний слой из бетона;
- теплоизолирующий слой из пенополиуретана;
- металлическая арматура в бетонных слоях 18 и 19;
- лучеотражающее покрытие;
- вставки из тонкого светопроницаемого материала на внешней стороне блока;
- вставка из тонкого светопроницаемого материала на внутренней стороне блока.
25, 26 - лучи света, падающие на светоотражающую боковую поверхность сквозного отверстия снаружи светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2;
- луч света, отраженный на светоотражающую боковую поверхность сквозного отверстия изнутри светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2;
- лучи Солнца;
- лучи, отраженные лучеотражающими панелями 10, 11 на поверхность светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2;
- лучи, рассеянные отражающим покрытием 22 на боковых поверхностях сквозных отверстий светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2;
α, α1, α2 - углы между плоскостью лучеотражающей панели и падающими лучами, и между плоскостью лучеотражающей панели и отраженными лучами;
β - угол восхождения отраженного луча 16;
(2α - β) - угол падения солнечных лучей 15 относительно горизонта;
- ширина светового потока, падающего на лучеотражающую панель 11 от Солнца;
S0 - ширина лучеотражающих панелей 10, 11;
Н - высота установки наружного конусообразного отражателя 6;
L - расстояние от места установки лучеотражающей панели 11 до средней линии на отражающей поверхности наружного конусообразного отражателя 6;
- лучи, отраженные от лучеотражающей панели 10 на лучеотражающую панель 11;
52 - ширина светового потока, падающего на лучеотражающую панель 10 от Солнца;
- ширина светового потока, отраженного на наружный конусообразный отражатель 6;
- 4 007935 hi, h2 - высота установки лучеотражающих панелей 10, 11 наружного и внутреннего концентрических рядов соответственно;
- несущая стойка;
- основание двухкоординатного поворотного механизма;
- промежуточное звено двухкоординатного поворотного механизма;
- выходное звено двухкоординатного поворотного механизма;
- кронштейны крепления;
- несущий профиль крепления;
- лапы крепления;
- каркас лучеотражающих панелей 10, 11;
- лучеотражающий материал;
φ1, φ2 - координаты движения двухкоординатного поворотного механизма;
- несущая стойка;
- основание двухкоординатного поворотного механизма;
- промежуточное звено двухкоординатного поворотного механизма;
- выходное звено двухкоординатного поворотного механизма;
- кронштейн крепления;
- несущие профили крепления;
- подвески вращения;
- уравновешивающие стропы;
- дополнительная стойка;
- прямоугольная рама;
- полимерные нити;
- лучеотражающий материал;
10, 11 (ЛП1 - ЛПП) - лучеотражающие панели (фиг. 10);
53, 54 (Др) - датчики углового положения выходного звена координаты двухкоординатного поворотного механизма;
55-61 (Р1-Р7) - редукторы приводов;
62-72 (М1-Мп) - электродвигатели приводов;
73, 74 (ДС) - датчики скорости вращения электродвигателей 62, 63 (М1,М2);
75-78 (КП) - контроллеры электроприводов;
79, 80 (УМ) - усилители мощности;
81, 82 (PC) - регуляторы скорости;
83, 84 (РП) - регуляторы положения;
85-94 (КДУ) - контроллеры дистанционного управления;
95, 96 (ДТ1 - ДТт) - датчики температуры;
97, 98 (ДО1 - ДО|.:) - датчики освещенности;
(ДНВ) - датчик направления ветра;
100 (ДСВ) - датчик скорости ветра;
101, 102 - (ДВВ1 - ДВВД - датчики влажности воздуха;
103-107 - датчики начального положения исполнительных механизмов;
108-112 - датчики конечного положения исполнительных механизмов;
113 (РПДС) - радиопередатчик дуплексной связи;
114, 115 (ПДУ) - пульты дистанционного управления;
116 (КЦ) - компьютерный центр;
117 (УСО) - устройство связи с объектом;
118 (МС) - модем связи;
119 (К) - компьютер с прикладным программным обеспечением (ППО);
120 (ПО) - пульт оператора;
121 - кроссовое устройство;
122, 123 - насосы транспортировки жидких сред.
Относящиеся к вспомогательному оборудованию электродвигатели 65, 66 (М4, М5), редукторы 58, 59 (Р4, P5) предназначены для управления вентиляционными заслонками (заслонки на фиг. 10 не показаны); электродвигатели 67, 68 (М6, М7) приводов вентиляторов (вентиляторы на фиг. 10 не обозначены); электродвигатели 69, 70 (М8, М9), редукторы 60, 61 (Р6, Р7) предназначены для управления задвижками систем водоснабжения и отопления (задвижки на фиг. 10 не показаны); электродвигатели 71, 72 (М10, М11) предназначены для управления насосами 122, 123 транспортировки жидких сред.
На фиг. 11 представлен геометрический чертеж для вычисления текущих значений координат φ1, φ2 движения двухкоординатных поворотных механизмов лучеотражающих панелей, как функций исходных независимых переменных со следующими обозначениями:
- 5 007935 nFAK - дуга окружности кругового ряда расположения лучеотражающих панелей;
А - точка положения конкретной лучеотражающей панели;
В - точка на луче Солнца;
В'- проекция точки В на горизонтальную плоскость; С - точка пересечения отраженного луча с вертикальной осью светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия; С - проекция точки С на горизонтальную плоскость; М - точка пересечения биссектрисы угла ZBAC со стороной ВС треугольника ААВС;
М'- проекция точки М на горизонтальную плоскость;
G - азимутальное направление на Солнце;
R - азимутальное направление отраженного луча;
N - направление на географический север;
X - направление на географический юг;
О - направление на географический восток;
W - направление на географический запад;
Z - направление вертикали;
β - угол отраженного луча в вертикальной плоскости; λ - угол положения Солнца в вертикальной плоскости; yNG - азимут Солнца;
yNR - азимут отраженного луча;
Ygr - угол между азимутальным направлением отраженного луча и азимутальным направлением на Солнце;
θ - азимут лучеотражающей панели А от центральной оси светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия;
φι - угол поворота лучеотражающей панели в горизонтальной плоскости; φ2 - угол поворота лучеотражающей панели в вертикальной плоскости.
Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс согласно предлагаемому техническому решению устроен и работает следующим образом.
Теплоизолирующее светопроницаемое, в данном примере, куполообразное покрытие 2, закрепленное на несущих опорах 3, установленных вертикально на основании 1, и несущих фермах 14, опирающихся своими концами на упомянутые опоры, собрано из кровельных блоков (фиг. 3). В рабочем пространстве, внутри куполообразного покрытия, размещены площади 4 с культивируемыми растениями, основное оборудование и вспомогательные технологические средства 5, обеспечивающие функционирование комплекса по его проектному назначению.
Дополнительно внутри куполообразного покрытия, по его центру установлен гелиопоглощающий теплоаккумулирующий резервуар из двух емкостей. Первая из них 8 установлена по центру куполообразного покрытия на основании 1 и заполнена водою, а вторая 9 установлена внутри первой, по ее центру, заполнена в данном случае поваренной солью и теплоизолирована по бокам и снизу от воды, заполняющей первую емкость, материалом с низкой теплопроводностью, а сверху, от окружающей воздушной среды, светопроницаемым теплоизолирующим покрытием 12.
Здесь же, над гелиопоглощающим теплоаккумулирующим резервуаром и соосно с ним, установлен отражатель 7 в форме пустотелого усеченного конуса вершиной вверх, внутренняя и наружная боковые поверхности которого покрыты светоотражающим материалом, а верхнее и нижнее основания открыты.
В центре куполообразного покрытия, в его вершине, над конусообразным отражателем, выполнен круговой проем 13, закрытый своим однородным светопроницаемым теплоизолирующим покрытием. Этот проем может быть выполненным и посредством указанных кровельных блоков.
Снаружи светопроницаемого куполообразного покрытия, над ним, соосно с внутренним коническим отражателем 7 установлен еще один отражатель 6 в форме усеченного конуса вершиной вниз, внешняя боковая поверхность которого также покрыта светоотражающим материалом.
Оба отражателя 6, 7 оснащены теплообменниками системы охлаждения, в данном примере водой из первой ёмкости 8 гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, прокачиваемой через трубки теплообменников циркуляционными насосами 122, 123 по кольцевой схеме (теплообменники и трубопроводы на чертежах не показаны).
На прилегающей к светопроницаемому теплоизолирующему покрытию территории, соосно и концентрично ему, в два круговых ряда размещены плоские лучеотражающие панели 10, 11, закрепленные на выходных звеньях двухкоординатных поворотных механизмов, установленных посредством несущих стоек на основании 1, (фиг. 8, 9). В более общем случае лучеотражающие (лученаправляющие) панели могут располагаться на различных расстояниях, с использованием особенностей конкретной местности. Они могут размещаться и ниже грунтовой поверхности, в частности, в искусственных траншеях достаточно большой длины, могут быть защищены от воздействия ветра светопроницаемым ветроустойчивым материалом, могут быть закреплены на нитях между двумя автоматически управляемыми траверсами и
- 6 007935
т.д.
Лучеотражающие панели 10,11 совместно с наружным 6 и внутренним 7 конусообразными отражателями образуют дополнительный широкоформатный энергетический канал в виде потока солнечных лучей 16, отраженных и сконцентрированных лучеотражающими панелями 10, 11 и направленных отражателями 6 и 7 на гелиопоглощающую поверхность емкости 9 с поваренной солью. Оптические характеристики и геометрические размеры конусообразных отражателей и лучеотражающих панелей, их возможное количество, позволяют собрать и сконцентрировать на поверхности поваренной соли, согласно примеру, в емкости 9 необходимое количество лучистой энергии, достаточное для разогрева соли до температур, превышающих температуру ее плавления. А высокое значение теплоемкости фазового перехода поваренной соли и ее количество, размещенное в емкости 9, позволяет в течение светового дня накопить значительное количество тепловой энергии. Теплоизоляция дна и боковых поверхностей емкости 9 и ее светопроницаемое теплоизолирующее покрытие 12 препятствует рассеянию тепла, накопленного в объеме соли, обеспечивая тем самым необходимую длительность его хранения. Объем соли или другого высокотемпературного теплоаккумулирующего материала (например, парафина) может быть достаточным, чтобы сохранять и передавать во внутреннюю полость теплицы тепловую энергию в течение всех зимних месяцев, особенно в варианте создания параллельной емкости 9 под землей, в отдельной теплоизоляции и, возможно, с другим теплоаккумулирующим материалом. В этом случае обе части емкости 9 связывается теплообменной системой.
Водяная «рубашка» вокруг емкости 9, образованная водой, заполняющей емкость 8, обеспечивает дополнительную теплоизоляцию для ёмкости 9, поскольку вода имеет очень низкую теплопроводность, и, кроме того, утилизирует тепло, проникающее из емкости 9 через ее дно и боковые поверхности, которое используется в системах отопления и горячего водоснабжения.
Тепло, накопленное в емкости 9 в течение светового дня или многих дней, используется для производства пара с применением воды, в частности, из ёмкости 8 и горячего воздуха, например, при переработке овощей, а также для выработки электроэнергии как для собственных нужд, так и для других потребителей.
Светопроницаемое теплоизолирующее куполообразное покрытие 2, изготовленное согласно предлагаемому техническому решению из кровельных блоков со сквозными отверстиями (фиг. 3), внутренние боковые поверхности которых покрыты лучеотражающим материалом 22, а торцы с обеих сторон закрыты вставками 23, 24 из тонкого светопроницаемого материала, может снижать интегральную светопроницаемость для прямого солнечного излучения 28, падающего непосредственно на внешнюю поверхность светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2, что дает возможность «срезать» полуденный пик солнечного излучения в жаркую погоду, а наличие лучеотражающих панелей 10, 11, установленных на поворотных механизмах с управляемыми приводами, может гарантированно обеспечивать путем управляемого распределения отраженного солнечного излучения 29 по поверхности светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2 оптимальный режим освещенности в любой зоне внутри него, и в частности, концентрировать необходимое количество солнечной энергии на теплоаккуму-ляторе - через поверхность емкости 9.
Исполнение отверстий в кровельных блоках согласно предлагаемому техническому решению благодаря специфике оптических свойств отражения света от их внутренних боковых поверхностей может преобразовывать в данном случае однонаправленное излучение на входе в отверстие в рассеянное в различных направлениях на его выходе, благодаря чему, с учетом подсветки в близком к горизонтальному направлении с разных сторон от лучеотражающих панелей 10, 11, в рабочем пространстве под светопроницаемым теплоизолирующим куполообразным покрытием 2 создается эффект «свет отовсюду».
Схема хода лучей, приведенная на фиг. 4, показывает, что лучи 25, 26, падающие на светопроницаемое теплоизолирующее покрытие 2 снаружи даже под острым углом к поверхности кровельного блока, в конечном итоге, после неоднократных отражений от внутренней боковой поверхности, попадают внутрь светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия 2, изменяя своё первоначальное направление.
Наличие светопроницаемых вставок на входе 23 и выходе 24 отверстий и воздушной подушки между ними и выполнение конструкции кровельного блока трехслойной с двумя внешними слоями 18, 19 из армированного 21 бетона и внутреннего слоя 20 из материала с низкой теплопроводностью, например, из пенополиуретана, обеспечивает светопроницаемому теплоизолирующему покрытию 2 в целом высокую степень теплоизоляции при сохранении высокой светопроницаемости, достаточной прочности и относительно небольшом весе.
Применение кровельных блоков с изогнутыми осями конических или пирамидальных отверстий даёт возможность оптимизировать использование прямого солнечного излучения, падающего непосредственно на поверхность теплоизолирующего светопроницаемого покрытия 2, и повысить эффективность использования отраженного от лучеотражающих панелей излучения, для чего светопроницаемое теплоизолирующее покрытие 2 может выполняться из кровельных блоков с различным исполнением формы отверстий в зависимости от места установки кровельных блоков.
Северный сектор светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2 находится в теневой зоне
- 7 007935 прямого солнечного излучения, поэтому эта часть названного покрытия 2 сориентирована преимущественно на прием отраженного от лучеотражающих панелей излучения. Для чего кровельные блоки, образующие нижнюю, вертикальную, часть северного сектора вышеназванного покрытия 2, могут быть выполнены с отверстиями, оси которых прямолинейны и перпендикулярны внешней поверхности кровельных блоков, а кровельные блоки, образующие верхнюю часть этого сектора, могут быть выполнены с отверстиями, оси которых имеют в наружном слое излом, сориентированный при монтаже блоков вниз, что улучшает условия приема лучей, отраженных от лучеотражающих панелей, размещенных в северном секторе.
Восточный и западный секторы вышеназванного покрытия 2 находятся в зонах «низкого» Солнца, при этом усредненный максимум излучения, принимаемого этими секторами, смещен в южном направлении, поэтому кровельные блоки, из которых выполнены эти секторы, могут иметь излом осей отверстий, сориентированный при их монтаже в сторону юга.
Южный сектор вышеназванного покрытия 2, находящийся в зоне «высокого» Солнца, в нижней, вертикальной, части может быть выполнен из кровельных блоков, имеющих излом осей отверстий, сориентированный при их монтаже вверх, а в верхней части - из кровельных блоков с прямыми осями отверстий.
На схеме фиг. 1 хорошо видно, что лучеотражающие панели 10, 11, расположенные со стороны Солнца (на фиг. 1, справа), с точки зрения оптики находятся в худших условиях, чем панели, расположенные на противоположной, теневой стороне (на фиг. 1, слева), поскольку угол падения лучей 15 на их лучеотражающую поверхность достаточно острый, что несколько снижает эффективность их использования.
Схема на фиг. 6 показывает, что эффективность использования площади лучеотражающей панели 11, определяемая отношением S1/S0=sina, не превышает значения 0,5 даже при довольно высоком положении Солнца, когда угол (2α-β)<60°, т. к. реально угол P~tgP=(H-h)/L достаточно мал и в данном случае его можно не учитывать.
В этом случае целесообразно использовать схему двойного отражения согласно фиг. 7, для которой эффективность использования общей площади пары лучеотражающих панелей 10, 11 определяется выражением S1/2S0=l/2sina, и которая особо эффективна при очень низком положении Солнца, когда а1 и а стремятся к π/2, а S2/2S0=l/2 sinal стремится к 0,5.
На фиг. 8 представлен общий вид одинарной лучеотражающей панели среднего габарита для тепличных комплексов средней производственной мощности. Для получения более детального представления о её устройстве здесь представлен вид со стороны, где расположены основные составляющие конструкции.
На верхнем конце несущей стойки 32, установленной вертикально и закрепленной своим нижним концом на основании 1, неподвижно закреплено основание двухкоординатного поворотного механизма 33, внутри которого размещены электродвигатели M1 и М2 (62, 63) с датчиками скоростей вращения ДС1 и ДС2 (73, 74) соответственно (см. фиг. 10).
Валы электродвигателей жестко соединены с входными валами редукторов P1 и Р2 (55, 56) координат φ1 и φ2. Выходные валы редукторов P1 и Р2 (55, 56) кинематически связаны с выходными звеньями 34 и 35 координат φ1 и φ2 соответственно.
На выходном звене 35 координаты φ2 посредством кронштейнов 36, несущего профиля 37 и крепежных лап 38 закреплена плоская прямоугольная панель 39 с лучеотражающим материалом 40 на лицевой, рабочей стороне. Выходные звенья 34 и 35 координат φ1 и φ2 жестко соединены также с валами датчиков положения координат, корпуса которых закреплены на основании двухкоординатного поворотного механизма 33 и промежуточном звене 34 соответственно.
Электродвигатель M1 (62) через редуктор P1 (55) своим вращением разворачивает выходное звено координаты φ1, а вместе с ней и лучеотражающую панель 10 в горизонтальной плоскости, а М2 (63) через редуктор Р2 (56) поворачивает выходное звено 35 координаты φ2, а вместе с ней и лучеотражающую панель 10 в вертикальной плоскости. Управление вращением электродвигателей осуществляется от компьютерного центра КЦ (116) через стандартные контроллеры привода КП (75, 76, 78, 79), (фиг. 10). Конечно, вместо электрических приводов могут быть применены гидравлические.
Для тепличных комплексов большой производственной мощности настоящим техническим решением предусмотрены сдвоенные лучеотражающие панели большого габарита, конструкция которых представлена на фиг. 9.
Конструкция двухкоординатного поворотного механизма сдвоенной лучеотражающей панели, его кинематика и принцип управления полностью идентичны аналогичному узлу одинарной лучеотражающей панели с поправкой на габариты механизма, мощности электродвигателей М1, М2 (62, 63) и контроллеров приводов КП (75, 76, 77, 78).
Сдвоенная лучеотражающая панель отличается от одинарной конструкцией лучеотражающих узлов и креплением их на выходном звене двухкоординатного поворотного механизма.
Лучеотражающий узел выполнен, согласно данному примеру, в виде пары одинаковых прямо- 8 007935 угольных рам 50, вытянутых в вертикальном направлении, с двумя слоями полимерных нитей 51, натянутых во взаимно перпендикулярных направлениях, параллельно сторонам рам 50. Между слоями из нитей 51 размещен лучеотражающий материал 52. Обе рамы 50 посредством несущих профилей 46 и кронштейнов 45 жестко закреплены на выходном звене (поперечине) 44, вытянутом в горизонтальном направлении, и уравновешены с помощью строп 48, закрепленных своими нижними концами посредством подвесок вращения 47 на выходном звене 44 двухкоординатного поворотного механизма, равномерно по его длине, а верхними концами - на дополнительной стойке 49, вертикально установленной на промежуточном звене 43 двухкоординатного поворотного механизма.
Углы поворота координат φ1 и φ2, необходимые для реализации конкретной технологической задачи управления отраженными лучами, определяются по следующим исходным данным (см. фиг. 11):
АС' - радиус окружности кругового ряда расположения лучеотражающих панелей;
СС' - высота положения точки пересечения отраженного луча с вертикальной осью светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия;
θ; Ynr _ угловые величины, постоянные для каждой лучеотражающей панели задаются при проектировании и уточняются при монтаже;
λ; YNG _ угловые величины положения Солнца, исчисляются исходя из географического положения точки С на поверхности Земли (широта и долгота), даты года (месяц, число) и времени суток (часы, минуты, секунды).
Для того, чтобы отраженный луч от лучеотражающей панели А был направлен в заданном направлении по линии АС, необходимо и достаточно совместить нормаль к центру поверхности лучеотражающей панели А с биссектрисой AM угла BAC между падающим ВА и отраженным АС лучами. Для этого, приняв за исходное положение лучеотражающей панели такое положение, при котором нормаль к центру поверхности лучеотражающей панели совпадает с линией АС, достаточно повернуть лучеотражающую панель в горизонтальной и вертикальной плоскостях на угол φ1 и φ2, соответственно.
Принимая для упрощения анализа положение точки В так, чтобы АВ=АС, получим ВМ=МС и В'M'=M'C', а также, учитывая что ^=ас; ^АС ’ cos/}= ас AC=-J(AC')2+(СС)2;
АВ'= ABxcosA; BB' = ABxsinA; jMf = B^+CC. AB’xsinZB,AM'=ACxsiaZM'AC;
в результате несложных выводов получаем:
, sin/?+sin2 (p2=arctg ----------------.
Jcos^ /?+2cos/?xcosZxcos/^+co^ λ
Работа солнечного интенсифицированного тепличного комплекса в целом организована следующим образом.
В память компьютера К (119) (фиг. 10) в качестве исходных данных постоянного хранения внесены данные о географическом положении комплекса (географические широта и долгота), геометрические параметры его составляющих (диаметр и высота светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2, высота установки верхнего конусообразного отражателя 6, h1, h2 высоты установки лучеотражающих панелей 10, 11), а также геодезические координаты места установки каждой из лучеотражающих панелей 10, 11 относительно центра светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2 и др., а также ежедневно, в качестве исходных данных оперативного характера, в К (119) вносятся данные о текущих плановых мероприятиях, краткосрочном прогнозе погоды, необходимых климатических параметрах и режимах освещённости в рабочем пространстве под светопроницаемым теплоизолирующим покрытием 2 на предстоящий день (сутки).
Кроме того, в К (119) имеются энергонезависимые кварцевые часы, отсчитывающие текущее время - месяц, число, часы, минуты и секунды.
Для контроля за текущими значениями параметров регулируемых режимов и характеристик управляемых объектов, комплекс оснащён датчиками 95-112 и исполнительными устройствами, указанными на функциональной схеме.
Информация с выходов вышеуказанных датчиков в виде электрических сигналов через кроссовое устройство 121 поступает в компьютерный центр КЦ (116) на входы устройства связи с объектами УСО (117), где преобразуется в цифровую форму и по цифровым каналам передаётся в компьютер К (119).
Компьютер К (119) компьютерного центра КЦ (116) периодически, с некоторым небольшим интервалом времени по данным о текущем времени и географическом положении комплекса вычисляет угловые координаты текущего положения Солнца, (азимут yNG и угол места λ), затем по данным о необходимых на текущий момент времени параметрах температурно-влажностного режима в рабочем пространст- 9 007935 ве, текущих температуре и влажности внутри светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2 и в наружном окружающем пространстве, направлении и скорости ветра, температуре сред в ёмкостях гелиопоглощающего, теплоаккумулирующего резервуара и данным краткосрочного прогноза погоды определяет для каждой лучеотражающей панели режим работы (отражение лучей на верхний конический отражатель 6 или в заданную зону светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2, работа с однократным или с двойным отражением), исходя из чего, с учётом геодезических координат положения каждой конкретной лучеотражающей панели, светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2 и верхнего конического отражателя 6, а также текущих координат положения Солнца, вычисляет необходимые в данный момент времени текущие значения угловых координат φι и φ2 поворотных механизмов для каждой лучеотражающей панели и по цифровым каналам передаёт их в УСО (117), где они преобразуются из цифровой формы в аналоговые электрические сигналы и с соответствующих выходов УСО (117) поступают по линиям связи на входы регуляторов положения РП (83, 84) контроллеров регулируемых приводов КП (75, 76, 77, 78) в качестве сигналов задания текущего положения координат поворотных механизмов лучеотражающих панелей.
Регулируемый привод координаты поворотного механизма лучеотражающей панели в составе контроллера привода КП (75), включающего в себя регулятор положения РП (83), регулятор скорости PC (81), усилитель мощности УМ (79), электродвигателя M1 (62) с датчиком скорости ДС (73) на валу, редуктора P1 (55) координаты поворотного механизма, датчика углового положения Д (53) выходного звена координаты представляет собой следящую систему, достаточно широко известную в теории и практике проектирования, производства и эксплуатации автоматизированных объектов (станки с ЧПУ, промышленные роботы, наземные сегменты систем спутниковой связи и др.), и потому здесь не нуждается в подробном описании.
Достаточно лишь отметить, что регулируемый привод координаты поворотного механизма в соответствии с разностью между сигналом задания текущего положения координаты и сигналом датчика Др (53) о ее фактическом положении в данный момент времени, формируемой регулятором положения РП (83), вращает посредством электродвигателя Mi (62), через редуктор Pi (55), выходное звено, а вместе с ним и подвижный элемент датчика Д (53) до тех пор, пока значение сигнала с выхода датчика не станет равным значению сигнала задания текущего положения, причем направление вращения электродвигателя определяется знаком, а скорость - величиной вышеупомянутой разности.
В течение дня компьютерный центр КЦ (116) посредством соответствующих датчиков осуществляет контроль за текущим состоянием погоды, температурой, влажностью и освещенностью в рабочем пространстве под светопроницаемым теплоизолирующим покрытием 2, и, исходя из полученной информации, корректирует программу работы лучеотражающих панелей. В конце дня, с заходом Солнца, компьютер К (119) отключает регулируемые приводы лучеотражающих панелей.
Для осуществления манипуляций при ремонте и обслуживании оборудования лучеотражающих панелей в системе управления комплекса предусмотрены пульты дистанционного управления ПДУ (114, 115), связанные посредством цифрового радиоканала через радиопередатчик дуплексной связи РПДС (113) и модем связи МС (117) с компьютером К (119) компьютерного центра КЦ (116).
В случае наличия угрозы повреждения лучеотражающих панелей ветровыми нагрузками компьютер К (119), исходя из информации о направлении и скорости ветра, поступающей с датчиков скорости ветра ДСВ (100) и его направления ДНВ (99), формирует для каждой координаты каждой лучеотражающей панели сигнал задания положения координат в соответствии с направлением ветра и местом положения лучеотражающей панели относительно центра светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 2.
Управление температурой и влажностью воздуха в рабочем пространстве, а также вентиляцией, орошением и другими системами жизнеобеспечения растений, входящими в состав основного оборудования, осуществляется компьютерным центром КЦ (116) на основе информации о текущем состоянии, поступающей от соответствующих датчиков [датчики температуры ДТ1...ДТт (95, 96) датчики влажности воздуха ДВВ1...ДВВJ (101, 102) датчики освещенности ДО1...ДОк (97, 98)], и технологических программ управления режимами, исходя из которых компьютер К (119) формирует команды управления, поступающие через УСО (117) на входы контроллеров дистанционного управления КДУ (87-94) соответствующих исполнительных механизмов (заслонки систем вентиляции, задвижки систем отопления, водоснабжения и орошения) приводимых в движение своими электродвигателями М (62-72) через редукторы Р (55-61), или непосредственно электродвигателями (вентиляторы систем вентиляции и отопления, насосы транспортировки жидких сред).
Все исполнительные механизмы с ограниченным диапазоном перемещений, не имеющие в своем составе датчиков непрерывного контроля положений выходных звеньев, оснащены датчиками начального ДНП (103-107) и конечного ДКП (108-112) положений дискретного действия, информация с которых через КДУ (85-94) и УСО (117) передается в КЦ (116).
Компьютерный центр (116) оснащен пультом оператора ПО (120), на который в удобном для оператора виде выводится вся информация о текущем значении технологических параметров процесса, про- 10 007935 гнозах на ближайшее время, техническом состоянии и режимах работы оборудования, необходимая оператору для наблюдения и, в случае необходимости, оперативного вмешательства с целью корректировки процесса или устранения угрозы аварийных ситуаций, для чего на ПО (120) предусмотрен необходимый набор органов управления и средств индикации.
Таким образом, предлагаемый солнечный интенсифицированный тепличный комплекс позволяет за счёт использования энергии дополнительного светового потока снизить потребление электрической и тепловой энергии от традиционных внешних источников при одновременной интенсификации роста растений за счёт расширенного использования дополнительного потока энергии солнечного излучения для обогрева и равномерного и более интенсивного освещения внутреннего пространства тепличного комплекса. Возможно также такая инфраструктура тепличного интенсифицированного комплекса, когда он не только не будет потреблять электрическую и тепловую энергию извне, но станет ее генератором для различных потребителей.
Предлагаемый солнечный интенсифицированный тепличный комплекс характеризуется высокой экономической эффективностью уже при реализации п.1 формулы предполагаемого изобретения, и его эффективность существенно повышается при реализации одновременно нескольких последующих её пунктов.
Claims (13)
1. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс, содержащий составляющие совместно гелиопреобразующее рабочее пространство светопроницаемое теплоизолирующее куполообразное покрытие, закрепленное на несущих опорах, установленных вертикально на основании, площади с культивируемыми растениями, основное оборудование и вспомогательные технологические средства, обеспечивающие функционирование названного комплекса по его проектному назначению, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен гелиопоглощающим, теплоаккумулирующим резервуаром, установленным на основании по центру светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия, изготовленного из кровельных блоков из светонепроницаемого материала с малой теплопроводностью, с массивом сквозных отверстий в форме усеченных конусов или пирамид, покрытых изнутри лучеотражающим материалом, и закрытых снаружи и изнутри тонким светопроницаемым материалом, причем поверхность вышеназванных блоков, обращенная внутрь гелиопреобразующего пространства и незанятая сквозными и технологическими отверстиями, покрыта лучеотражающим материалом, а на прилегающей к светопроницаемому теплоизолирующему куполообразному покрытию территории, концентрично ему, и, как минимум, в два концентрических ряда размещены преимущественно плоские лучеотражающие панели, каждая из которых установлена на выходном звене своего двухкоординатного поворотного механизма с управляемыми приводами, основание которого закреплено на опорной стойке, вертикально установленной на земле, образующие вместе с отражателями, один из которых выполнен в виде усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды с отражающей поверхностью преимущественно снаружи и размещен вершиной вниз над центром светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия, в котором создан сплошной светопроницаемый теплоизолирующий проём в центре, а второй - в виде пустотелого усеченного конуса или усеченной многогранной пирамиды с отражающими внутренней и внешней боковыми поверхностями установлен внутри светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия вершиной вверх, под первым отражателем и соосно с ним, дополнительный энергетический канал в виде потока солнечных лучей, отраженных лучеотражающими панелями, сконцентрированного и направленного сверху вниз, внутрь светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия, причем управляемые приводы двухкоординатных поворотных механизмов лучеотражающих панелей своими входами подключены к выходам устройства автоматического управления, реализованного на базе компьютерного центра, электрические входы которого соединены с датчиками температуры среды в гелиопоглощающем, теплоаккумулирущем резервуаре и в пространстве под светопроницаемым теплоизолирующим куполообразным покрытием, с датчиками скорости и направления ветра, с датчиками положения выходных валов двухкоординатных поворотных механизмов лучеотражающих панелей.
2. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что гелиопоглощающий теплоаккумулирующий резервуар выполнен по меньшей мере из двух емкостей, заполненных разнородными веществами, водой - первая и, например, поваренной солью - вторая, причем вторая ёмкость размещена в центре первой и теплоизолирована по бокам и снизу от воды, заполняющей первую емкость, установленную по центру куполообразного покрытия, материалом с низкой теплопроводностью, и сверху, от внутренней среды гелиопреобразующего пространства, - светопроницаемым, теплоизолирующим покрытием, а первая посредством трубопроводов и циркуляционных насосов соединена по кольцевой схеме с теплообменниками принудительного охлаждения отражателей, установленных над гелиопоглощающим теплоаккумулирующим резервуаром, внутри и снаружи светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия.
3. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что вспомо- 11 007935 гательные технологические средства, обеспечивающие функционирование вышеназванного комплекса по его проектному назначению, дополнительно включают в себя каналы горячего водоснабжения жилых задний и/или промышленных сооружений, термически связанные с первой емкостью гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, и каналы промышленного энергоснабжения паром и/или горячим воздухом, связанные со второй емкостью гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара, причем к последней как к источнику высокопотенциальной тепловой энергии подключены также энергопотребляющие установки собственных нужд вышеназванного комплекса, в том числе минитеплоэлектростанция собственных нужд, выходы систем охлаждения которых связаны с первой емкостью гелиопоглощающего теплоаккумулирующего резервуара или другими потребителями тепловой энергии.
4. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что кровельные блоки светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия выполнены, по меньшей мере, трехслойными со сквозными проемами в форме усеченных конусов или многогранных пирамид, боковые поверхности которых покрыты лучеотражающим материалом, а сами проемы с внешней и внутренней сторон блоков закрыты тонким светопроницаемым материалом с низкой теплопроводностью, при этом крайние слои названных блоков выполнены из бетона или пластиков и армированы, а средний выполнен из теплоизолирующего материала особо высокой эффективности, например пенополиуретана.
5. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что оси отверстий в наружном слое кровельных блоков выполнены под углом 10-40° к осям отверстий внутренних слоев кровельных блоков.
6. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что плоские лучеотражающие панели выполнены в форме, близкой к прямоугольникам, вытянутым в горизонтальном направлении, и каждая из них закреплена посредством несущего профиля на выходном звене двухкоординатного механизма с управляемыми приводами, обеспечивающего поворот панели относительно осей вращения на угол ориентировочно до 210° и закреплённого своим основанием на верхнем конце вертикальной стойки, установленной неподвижно на поверхности земли.
7. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что плоские лучеотражающие панели выполнены в форме прямоугольных рам с натянутыми на них полимерными нитями, удерживающими лучеотражающий материал в плоскости рам, и размещены попарно на одной, общей для каждой пары, поворотной конструкции, выполненной в виде вертикальной несущей стойки, закрепленной своим нижним концом неподвижно на поверхности земли, на верхнем конце которой установлен двухкоординатный механизм с управляемыми приводами, выходное звено которого вращает закрепленную в нем своей серединой поперечину вокруг горизонтальной оси, совпадающей с продольной осью поперечины, а промежуточное звено поворачивает ее вокруг вертикальной оси, совпадающей с продольной осью вертикальной несущей стойки, при этом рамы панелей своими серединами жестко закреплены на поперечине, в одной плоскости, симметрично по обе стороны от несущей вертикальной стойки и уравновешены с помощью строп, нижние концы которых посредством подвесок вращения закреплены на поперечине равномерно по ее длине, а верхние - на верхнем конце дополнительной стойки, установленной вертикально на промежуточном звене двухкоординатного механизма.
8. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что устройства управления положением лучеотражающих панелей снабжены каналами дистанционного управления от мобильных командных пунктов обслуживающего персонала, примененных в качестве вспомогательных технологических средств.
9. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что лучеотражающий материал, примененный в плоских лучеотражающих панелях, установленных на поворотных конструкциях, выполнен по меньшей мере из трех, скрепленных между собой, слоев различных материалов, одним из которых, средним, является фольга с зеркальной поверхностью, вторым, обращенным в сторону к свету, - тонкий светопроницаемый защитный материал, например, стеклянная пленка, и третьим, обращенным в сторону от света, материал, например, синтетическая ткань, покрытый с внешней стороны влагостойким, морозостойким светоотражающим красителем.
10. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что особенности местности и сооружений на его окружающей территории использованы, например, посредством нанесения на их поверхности красителей в качестве дополнительных лучеотражающих поверхностей.
11. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что кровельные блоки светопроницаемого теплоизолирующего куполообразного покрытия выполнены с применением композитного материала, например пенистого полиуретана, армированного металлической стенкой, или углепластика, или пеноуглепластика.
12. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что названные кровельные блоки выполнены из пенокерамики.
13. Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс по п.1, отличающийся тем, что названные кровельные блоки выполнены из пеноалюминия и/или пеностекла.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BY20021062 | 2002-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200400124A1 EA200400124A1 (ru) | 2005-06-30 |
| EA007935B1 true EA007935B1 (ru) | 2007-02-27 |
Family
ID=42121414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200400124A EA007935B1 (ru) | 2002-12-20 | 2003-12-31 | Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA007935B1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467557C1 (ru) * | 2011-06-02 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ФИТО" | Система для управления микроклиматом в теплице |
| CN108679854A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-10-19 | 内蒙古工业大学 | 一种装配式太阳能花房及其装配方法 |
| RU2724513C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт имени С.И. Вавилова" | Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4131485A (en) * | 1977-08-08 | 1978-12-26 | Motorola, Inc. | Solar energy collector and concentrator |
| SU1101629A1 (ru) * | 1983-04-13 | 1984-07-07 | Ленинградское высшее военное инженерное строительное Краснознаменное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского | Солнечный коллектор |
| SU1231333A1 (ru) * | 1984-08-22 | 1986-05-15 | Сектор Радиационных Исследований Ан Азсср | Гелиотермостат (его варианты) |
| RU2094710C1 (ru) * | 1995-05-06 | 1997-10-27 | Читинский политехнический институт | Солнечный нагреватель |
| US6178707B1 (en) * | 1998-08-13 | 2001-01-30 | Daniel Emilio Bengtson | Small skylight with non-tracking solar collector |
| EA001982B1 (ru) * | 1998-04-16 | 2001-10-22 | Сурья Холдингз, Сосьете А Респонсабилите Лимите | Теплица |
-
2003
- 2003-12-31 EA EA200400124A patent/EA007935B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4131485A (en) * | 1977-08-08 | 1978-12-26 | Motorola, Inc. | Solar energy collector and concentrator |
| SU1101629A1 (ru) * | 1983-04-13 | 1984-07-07 | Ленинградское высшее военное инженерное строительное Краснознаменное училище им.генерала армии А.Н.Комаровского | Солнечный коллектор |
| SU1231333A1 (ru) * | 1984-08-22 | 1986-05-15 | Сектор Радиационных Исследований Ан Азсср | Гелиотермостат (его варианты) |
| RU2094710C1 (ru) * | 1995-05-06 | 1997-10-27 | Читинский политехнический институт | Солнечный нагреватель |
| EA001982B1 (ru) * | 1998-04-16 | 2001-10-22 | Сурья Холдингз, Сосьете А Респонсабилите Лимите | Теплица |
| US6178707B1 (en) * | 1998-08-13 | 2001-01-30 | Daniel Emilio Bengtson | Small skylight with non-tracking solar collector |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467557C1 (ru) * | 2011-06-02 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ФИТО" | Система для управления микроклиматом в теплице |
| CN108679854A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-10-19 | 内蒙古工业大学 | 一种装配式太阳能花房及其装配方法 |
| RU2724513C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Всесоюзный научно-исследовательский светотехнический институт имени С.И. Вавилова" | Комбинированная облучательная система для многоярусной фитоустановки |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA200400124A1 (ru) | 2005-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090250095A1 (en) | Low-profile solar tracking module | |
| WO2021109842A1 (zh) | 一种农业日光传输照明系统和配套的温室以及照明方法 | |
| US11108233B1 (en) | Manufacturing method of solar house | |
| CN105028030A (zh) | 一种可调透光率的光伏发电温室 | |
| EP1071317B1 (en) | Greenhouse | |
| RU2264080C2 (ru) | Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс | |
| AU2015376131B2 (en) | Illumination for horticultural and other applications. | |
| KR101272532B1 (ko) | 식물공장 시스템 | |
| EA007935B1 (ru) | Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс | |
| KR101226031B1 (ko) | 식물공장 시스템 | |
| JP2011177107A (ja) | 太陽光併用型植物工場用遮熱断熱窓装置 | |
| JP3199175U (ja) | ソーラーパネルを備えた栽培ハウス | |
| KR101615312B1 (ko) | 태양궤도 추적형 자연광 실내분배 극대화 반사 및 산광 패널 장치와 그 장치를 사용한 지붕설치형 광선반 장치 | |
| JP6842743B2 (ja) | ソーラーシェアリングシステム | |
| KR101136032B1 (ko) | 식물공장 시스템 | |
| KR20120079538A (ko) | 태양광 반사 시스템 및 이를 갖는 동식물 양육 시스템 | |
| WO2014180098A1 (zh) | 一种管状光伏发电组件的应用方法 | |
| JP6556388B1 (ja) | ソーラーハウス、及び、ソーラーハウスの製造方法 | |
| KR101578808B1 (ko) | 다층 식물공장용 에너지 공급 시스템 | |
| WO2020101626A2 (en) | Modular, passive solar greenhouse structure having hexagon placement made of glass | |
| US20240106387A1 (en) | Photovoltaic agricultural installation | |
| WO2021256147A1 (ja) | 栽培設備、及び植物の栽培方法 | |
| RU2002135940A (ru) | Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс | |
| Goodman | Small Heliostats Csp Systems On Long-span Hanging Roofs | |
| JP2983865B2 (ja) | 屋内での植物の育成を考慮した建造物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| PC4A | Registration of transfer of a eurasian patent by assignment | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |