RU2084124C1

RU2084124C1 - Device for keeping soil and plants in hothouse warm

Info

Publication number: RU2084124C1
Application number: RU9292013556A
Authority: RU
Inventors: В.М. Гарбуз; А.Г. Павлов; И.Л. Лейтес; Л.И. Сухарева; Н.В. Язвикова
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1992-12-21
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: agriculture; plant growing in protected soil structures. SUBSTANCE: device has heat accumulating elements 1 incorporating enclosure 2 and heat accumulator 3. The heat accumulating elements are spatially positioned between soil beds 4 with rows of plants 5. The filler placed in the enclosure is made of material, the solid-to-liquid transition temperature of which varies within the range of 15 C to 25 C. Heat accumulating elements are preferably provided with heaters 6 positioned inside enclosures 2 on their sides to ensure contact with soil. Enclosures 2 of heat accumulating elements 1 may be made in the form of prisms with cross-section shaped as obtuse-angled isosceles triangle. Heaters 6 are most preferable to be positioned at the vertex of the obtuse angle of the prism section and/or on the prism sides. Triethanolamine is preferable to be used as filler 3 of enclosures 2. EFFECT: reduced power consumption for keeping plants and soil in hothouse warm and provision of most favorable temperature conditions for plant growing. 4 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к устройствам для обогрева почвы и растений в защищенном грунте. The present invention relates to agricultural production, in particular to devices for heating soil and plants in sheltered soil.

Известно устройство для обогрева почвы теплицы в виде открытого канала, образованного из полимерной пленки, по которому протекает теплая вода [1]
Недостатком подобной конструкции является необходимость затрачивать энергию на перекачку и подогрев обогреваемой воды при отсутствии поблизости от теплиц постоянного источника теплой воды.A device for heating the soil of a greenhouse in the form of an open channel formed from a polymer film through which warm water flows [1]
The disadvantage of this design is the need to spend energy on pumping and heating heated water in the absence of a constant source of warm water near the greenhouses.

Необходимым условием продуктивности овощных культур в защищенном грунте является создание оптимальных температурных условий в корнеобитаемом слое почвы и припочвенной зоне произрастания культур. A necessary condition for the productivity of vegetable crops in protected ground is the creation of optimal temperature conditions in the root layer of the soil and in the soil zone of crop growth.

Известно также устройство, принятое нами за прототип, включающее аккумулирующие элементы для расположения в пространстве между почвенными гребнями с рядами растений и состоящие из оболочки и наполнителя, в частности воды, способного аккумулировать тепло солнечной радиации [2]
В дневное время аккумулирующие элементы воспринимают солнечные лучи и нагреваются, а ночью, остывая, отдают тепло воздуху и почве, позволяя экономить энергию традиционных источников на обогрев растений.It is also known a device that we have adopted as a prototype, including storage elements for location in the space between the soil ridges with rows of plants and consisting of a shell and a filler, in particular water, capable of accumulating the heat of solar radiation [2]
In the daytime, the accumulating elements perceive the sun's rays and heat up, and at night, when cooling, they give off heat to the air and soil, allowing you to save the energy of traditional sources for heating plants.

Недостатком подобного устройства является его невысокая эффективность ввиду низкой удельной теплоемкости воды, что приводит к переохлаждению корней растений в ночные часы, а также к перегреву почвы в дневное время в результате значительного повышения температуры аккумулирующих элементов. The disadvantage of such a device is its low efficiency due to the low specific heat capacity of water, which leads to overcooling of plant roots at night, as well as to overheating of the soil in the daytime as a result of a significant increase in the temperature of the accumulating elements.

Целью предлагаемого изобретения является снижение затрат энергии на обогрев растений и обеспечение оптимального температурного режима их выращивания. The aim of the invention is to reduce energy costs for heating plants and ensuring the optimal temperature regime of their cultivation.

Указанная цель достигается тем, что в устройство обогрева почвы и растений в теплице, в отличие от прототипа, наполнитель аккумулирующих элементов выполнен из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое изменяется в диапазоне от 15^oC до 25^oC.This goal is achieved by the fact that in the device for heating the soil and plants in the greenhouse, unlike the prototype, the filler of the accumulating elements is made of a substance whose phase transition temperature from solid to liquid varies in the range from 15 ^o C to 25 ^o C.

Кроме того, аккумулирующие элементы снабжены нагревателями, расположенными внутри оболочек на их сторонах для соприкосновения с почвой. Оболочки аккумулирующих элементов выполнены в виде призм, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника, а нагреватели расположены в вершине тупого угла или на боковых гранях призм. In addition, the storage elements are equipped with heaters located inside the shells on their sides for contact with the soil. The shells of the accumulating elements are made in the form of prisms having the shape of an isosceles obtuse triangle in cross section, and the heaters are located at the apex of the obtuse angle or on the side faces of the prisms.

В качестве наполнителя использован тризтаноламин. Выполнение наполнителя из вещества, температура фазового перехода которого из твердого состояния в жидкое и обратно не выходит за рамки допустимых значений температур почвы в теплице (15^oC.25^oC [3]), позволяет повысить величину аккумулированной энергии за счет более высоких значений удельной теплоты фазовых переходов по сравнению с удельной теплоемкостью воды, в результате чего аккумулирующие элементы запасают больше солнечной энергии и таким образом сокращают затраты на обогрев растений.As a filler used tritzanolamine. The implementation of the filler from a substance whose phase transition temperature from solid to liquid and vice versa does not go beyond the permissible values of soil temperatures in the greenhouse (15 ^o C.25 ^o C [3]), allows to increase the accumulated energy due to higher specific values the heat of phase transitions compared with the specific heat of water, as a result of which the storage elements store more solar energy and thus reduce the cost of heating plants.

Кроме того, в дневные часы жарких месяцев, когда особенно велик приход солнечной радиации, аккумулирующие элементы, наполненные веществом с фазовым переходом, являются своеобразным буфером, предотвращающим перегрев почвы за счет того, что температура плавления наполнителя остается постоянной и не превышает 25^oC до момента полного перехода вещества наполнителя в жидкую фазу.In addition, in the daytime during the hot months, when the arrival of solar radiation is especially large, the accumulating elements filled with a substance with a phase transition are a kind of buffer that prevents overheating of the soil due to the fact that the melting temperature of the filler remains constant and does not exceed 25 ^o C until complete transition of the filler substance into the liquid phase.

В зимнее время аккумулированной днем теплоты солнечной радиации может оказаться недостаточно для поддержания оптимального температурного режима почвы, с этой целью аккумулирующие элементы снабжены нагревателями (например, трубы для пропускания теплой, в том числе геотермальной, воды, электронагревательные провода). Нагреватели при необходимости можно использовать для отвода избытка тепла от аккумулирующих элементов в летнее время путем пропускания по трубам холодной воды. Количество нагревателей в одном аккумулирующем элементе зависит от конкретных условий. In winter, the heat of solar radiation accumulated during the day may not be enough to maintain the optimum temperature of the soil; for this purpose, the storage elements are equipped with heaters (for example, pipes for transmitting warm, including geothermal, water, electric heating wires). Heaters, if necessary, can be used to remove excess heat from the accumulating elements in the summer by passing cold water through the pipes. The number of heaters in one storage element depends on specific conditions.

Расположение нагревателей внутри оболочки аккумулирующих элементов на их сторонах для соприкосновения с почвой позволяет наиболее экономно использовать энергию, идущую на обогрев растений, так как одна часть энергии идет на обогрев корнеобитаемого слоя почвы, а другая аккумулирует наполнитель с последующей отдачей тепла почве и воздуху после отключения нагревателей. The location of the heaters inside the shell of the storage elements on their sides for contact with the soil allows the most economical use of the energy used to heat the plants, since one part of the energy is used to heat the root layer of the soil, and the other accumulates the filler, followed by heat to the soil and air after the heaters are turned off .

Такой режим работы особенно эффективен в случае применения в качестве источника энергии электричества. В этом случае ночью в часы уменьшения общего электропотребления дешевая "внепиковая" электроэнергия может быть направлена на обогрев растений, а в утреннее время, когда потребление электроэнергии другими абонентами резко возрастает, обогрев почвы и воздуха может быть произведен только за счет энергии, запасенной аккумулирующими элементами ночью от работающих электронагревателей. This mode of operation is particularly effective when used as an energy source of electricity. In this case, at night, during hours of decreasing total energy consumption, cheap off-peak electricity can be used to heat plants, and in the morning, when electricity consumption by other subscribers increases sharply, soil and air can be heated only by the energy stored by accumulating elements at night. from working electric heaters.

Выполнение оболочек аккумулирующих элементов в виде призм, имеющих в сечении форму равнобедренного тупоугольного треугольника, позволяет получить максимальную площадь поверхности аккумулирующих элементов, которая непосредственно воспринимает солнечную радиацию, что способствует повышению эффективности процесса аккумулирования. Одновременно такая форма элементов обеспечивает необходимый объем почвы или питательного субстрата для каждого растения. Конкретные геометрические параметры аккумулирующих элементов зависят от необходимого объема вещества наполнителя и расстояния между соседними рядами растений. The implementation of the shells of the storage elements in the form of prisms having a cross-section of the shape of an isosceles obtuse triangle allows you to get the maximum surface area of the storage elements, which directly perceives solar radiation, which improves the efficiency of the storage process. At the same time, this form of elements provides the necessary volume of soil or nutrient substrate for each plant. The specific geometric parameters of the storage elements depend on the required volume of the filler substance and the distance between adjacent rows of plants.

В качестве вещества наполнителя предложено использовать триэтаноламин в связи с его достаточно высоким значением удельной теплоты фазового перехода в требуемом диапазоне температур, доступностью и нетоксичностью. It is proposed to use triethanolamine as a filler substance in connection with its rather high value of specific heat of phase transition in the required temperature range, availability and non-toxicity.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного используемым веществом наполнителя наличием нагревателей, формой аккумулирующих элементов, т.е. заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device differs from the known filler material used by the presence of heaters, the shape of the storage elements, i.e. The claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, заключающиеся в размещении внутри оболочки аккумулирующего элемента нагревателей для соприкосновения с почвой, а также в использовании в качестве наполнителя вещества, температура фазового перехода которого изменяется в диапазоне +15^oC.+25^oC, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify signs that consist of placing heaters inside the shell of the storage element for contact with the soil, as well as using a phase transition temperature as a filler substance which varies in the range of +15 ^o C. + 25 ^o C, which allows us to conclude that the proposed solutions meet the criterion of "inventive step".

На представленном чертеже изображен фрагмент устройства обогрева почвы и растений в теплице в аксонометрии с поперечным сечением. The drawing shows a fragment of a device for heating soil and plants in a greenhouse in a perspective view with a cross section.

Устройство обогрева почвы и растений содержит аккумулирующие элементы 1, включающие в себя оболочку 2 и наполнитель 3. Аккумулирующие элементы расположены в пространстве между почвенными гребнями 4 с рядами растений 5, причем внутри оболочки 2 размещены нагреватели 6. The device for heating the soil and plants contains storage elements 1, including a shell 2 and a filler 3. The storage elements are located in the space between the soil ridges 4 with rows of plants 5, and inside the shell 2 there are heaters 6.

Устройство работает следующим образом. В дневное время солнечные лучи нагревают открытую поверхность аккумулирующих элементов 1 до температуры плавления вещества наполнителя 3, значение которой не превышает максимально допустимого значения температуры питательного субстрата в теплице (25^oC). Нагреваясь, вещество наполнителя 3 плавится и аккумулирует, таким образом, тепло солнечной радиации, сохраняя при этом до момента полного перехода в жидкую фазу температуру плавления, чем предохраняет растения от перегрева.The device operates as follows. In the daytime, the sun's rays heat the open surface of the storage elements 1 to the melting point of the filler material 3, the value of which does not exceed the maximum allowable temperature of the nutrient substrate in the greenhouse (25 ^o C). When heated, the filler material 3 melts and accumulates, therefore, the heat of solar radiation, while maintaining the melting point until the transition to the liquid phase is complete, which prevents plants from overheating.

В ночное время при понижении температуры аккумулирующих элементов 1 ниже температуры плавления вещества наполнителя 3 начинается процесс перехода наполнителя в твердую фазу, сопровождающийся выделением аккумулированного днем тепла солнечной радиации. Если этого тепла окажется недостаточно для поддержания оптимальных значений температуры почвы 4, то начинают функционировать нагреватели 6. Тепло, выделяемое ими, идет одновременно на обогрев почвы 4 и на перевод наполнителя 3 в жидкую фазу. Таким образом, нагреватели 6 могут периодически отключаться (например, в периоды пика нагрузок в электросети) на то время, пока аккумулирующие элементы 1 будут выделять ранее запасенную теплоту нагревателей 6. At night, when the temperature of the storage elements 1 decreases below the melting point of the filler material 3, the process of transition of the filler to the solid phase begins, accompanied by the release of solar radiation heat accumulated during the day. If this heat is not enough to maintain the optimum temperature of the soil 4, then the heaters 6 begin to function. The heat generated by them goes simultaneously to the heating of the soil 4 and to the transfer of the filler 3 into the liquid phase. Thus, the heaters 6 can be periodically turned off (for example, during periods of peak loads in the power grid) while the storage elements 1 will release the previously stored heat of the heaters 6.

Предлагаемое изобретение позволяет экономить от 15 до 40% энергии, идущей на обогрев растений в теплицах, в зависимости от климатических условий местности, типа нагревателей и типа теплиц. Экономия энергии получается главным образом за счет использования в ночное время теплоты солнечной радиации, аккумулированной днем. The present invention allows to save from 15 to 40% of the energy spent on heating plants in greenhouses, depending on the climatic conditions of the area, type of heaters and type of greenhouses. Energy savings are obtained mainly due to the use of the heat of solar radiation accumulated during the day at night.

Кроме того, устройство обогрева предлагаемой конструкции позволяет повысить урожайность выращиваемых культур благодаря обеспечению благоприятных температурных условий в корнеобитаемом слое почвы за счет предотвращения переохлаждения корней растений ночью и их перегрева в дневное время. In addition, the heating device of the proposed design allows to increase the yield of crops by ensuring favorable temperature conditions in the root layer of the soil by preventing overcooling of plant roots at night and overheating in the daytime.

Источники информации
1. GB, патент N 1483561, кл. F 24 H 1/06, 1980.Sources of information
1. GB, patent N 1483561, class. F 24 H 1/06, 1980.

2. Гончарук Н.С. "Полимеры в овощеводстве", М. Колос, 1971, с. 264. 2. Goncharuk N.S. "Polymers in vegetable growing", M. Kolos, 1971, p. 264.

3. Общесоюзные нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады. М. Колос, 1982. 3. All-Union standards for the technological design of greenhouses and greenhouse plants for growing vegetables and seedlings. M. Kolos, 1982.

Claims

1. A device for heating soil and plants in a greenhouse, including storage elements for positioning in the space between soil ridges with rows of plants, consisting of a shell with a filler, characterized in that the filler is made of a substance whose phase transition temperature from solid to liquid changes to the range of 15 25 ^o C.

2. The device according to claim 1, characterized in that the said storage elements are equipped with heaters located inside the shells on their sides for contact with the soil.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the shells of said accumulating elements are made in the form of prisms having a cross-sectional shape of an isosceles obtuse-angled triangle, and the heaters are placed at the apex of the obtuse angle and / or on the side faces of the prisms.

4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that triethanolamine is used as a filler.