Система электрообогрева группы растений и способ управления системой электрообогрева группы растений

 

Использование: при выращивании декоративных, лекарственных и цветковых культур, саженцев плодовых деревьев, кустарников и ягодников, а также огородных культур и грибов. Сущность изобретения: система электрообогрева группы растений включает резистивные нагреватели 1 из текстильного углеродного материала, уложенного на стенки 2 углублений в грунте для высаживаемых растений и подключение к источнику регулируемого электропитания. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к групповому выращиванию растений с искусственным обогревом, преимущественно, на открытом грунте. Оно может быть использовано при выращивании декоративных, лекарственных и цветковых культур, саженцев плодовых деревьев, кустарников и ягодников, а также огородных культур и грибов.

Известно устройство для группового выращивания растений, содержащее емкость из электроизоляционного материала и расположенный в ней нагреватель в виде слоя сыпучего материала, пропитанного электролитом и снабженного токоподводящими электродами /1/. При подаче напряжения на электроды от регулируемого источника электропитания через электролит протекает электроток, приводящий к разогреву наполнителя и насыпанного над ним грунта. Такое устройство непригодно для использования на открытом грунте из-за подверженности его влияниям атмосферных условий, сложно для монтажа и демонтажа.

Реализованный в этом устройстве способ управления основан на непрерывном регулировании (поддержании) заданной температуры нагрева грунта, создании микроклимата за счет изолирования атмосферы среды обитания растений от внешних погодных условий.

Известно также устройство для выращивания растений, содержащее низкоомный резистивный нагреватель из текстильного углеродного материала, уложенный в емкость из электроизоляционного материала и подключенный к регулируемому источнику электропитания /2/.

Такое устройство позволяет выращивать растения как в условиях теплиц, так и в условиях открытого грунта, не требует обязательной электроизоляции нагревательного элемента от грунта.

Однако для группового выращивания растений оно в таком виде неэффективно из-за высоких затрат на монтаж и демонтаж, а также из-за низкого коэффициента использования тепла на открытом грунте, ввиду раздельного обогрева каждого растения в теплоизолированной емкости.

Расположение нагревательного элемента на дне емкости не обеспечивает создание на открытом грунте условий, приближающихся к тепличным и расширение диапазона сезонных температур с сохранением жизнедеятельности растений.

Поддержание заданной постоянной температуры грунта устройством в процессе выращивания растений далеко от естественного теплового режима жизнедеятельности растений, которому свойственны не только суточные колебания температуры, но и часовые. Такой способ управления приводит к неэффективному расходованию тепла и лишает растения возможности закаливания в условиях колеблющейся температуры.

Изобретением ставится задача повышения эффективности обогрева растений при групповом выращивании их и снижения трудоемкости за счет обеспечения возможности упрощения монтажа и демонтажа системы.

В части способа управления в основу изобретения положена задача экономии электроэнергии и обеспечения возможности закаливания растений в климатических зонах с пониженными сезонными температурами.

Решение задачи обеспечивается тем, что в системе электрообогрева группы растений, содержащей резистивные нагреватели в виде полотнищ, преимущественно, из текстильного углеродного материала, уложенные в углубления в грунте для высаживаемых растений и подключенные к источнику регулируемого электропитания, углубления в грунте выполнены с наклонными стенками, а нагреватели уложены на стенки углублений. В частности, решение задачи обеспечивается выполнением углублений в виде протяженных борозд, разделенных брустверами, в том числе с расположением нагревателей вдоль или поперек борозд, с огибанием разделяющего их между собой бруствера.

В части способа управления системой решение задачи обеспечивается тем, что обогрев растений производят в прерывистом режиме, с чередованием периодов питания электронагревателей, уложенных в смежных рядах или в смежных группах растений, а также тем, что в процессе обогрева измеряют температуру воздуха, скорость и направление ветра относительно рядов растений, и с учетом этих параметров корректируют амплитуду напряжения в периоды питания нагревателей.

Расположение нагревателей на наклонных стенках углублений обеспечивает обогрев не только корневой системы растений, но и наземной их части, способствует образованию паровоздушного теплового слоя на поверхности грунта, а также увеличению теплообмена между смежно расположенными бороздами с растениями через разделяющий их бруствер.

Кроме того, близкое расположение к поверхности грунта кромки (или поверхности перегиба) полотнища нагревателя обеспечивает возможность его демонтажа без выкапывания, за счет приложения к кромке полотнища (или месту перегиба) усилия, направленного вверх по касательной к его поверхности.

Выполнение углублений для посадки растений в виде борозд, разделенных между собой брустверами обеспечивает возможность снижения затрат на монтаж системы за счет возможности механизации и снижения трудоемкости работ.

При укладке полотнищ нагревателей поперек борозд, с огибанием дна углубления и разделяющего их между собой бруствера обеспечивается возможность извлечения вместе с грунтом и корнеплодов при сборе урожая и демонтаже системы. В этом случае полотнища нагревателей должны быть выполнены из прочного материала, например, углеродной ткани, в то время как в других случаях, когда это не требуется, они могут быть выполнены из любого другого материала, способного к адаптации при укладке его в борозду.

При управлении системой обогрева в прерывистом режиме с чередованием подачи питания на нагреватели смежных рядов, расположенные на стенках углублений, т.е. и на склонах брустверов, по обе стороны от корневой системы растений, нагреваемый объем грунта одного ряда растений (грядок) используется в качестве источника тепла и для смежных с ним рядов растений, чем обеспечивается сглаживание провалов графика подачи тепла в непитаемые в данное время ряды. Такой способ управления не только создает условия, более близкие к естественным климатическим, но и обеспечивает более эффективное использование рассеиваемого тепла как за счет грунтового, так и поверхностного (воздушного) теплопереноса.

Изобретение поясняется чертежами, где представлены: Фиг. 1 Схема расположения полотнищ нагревателей на наклонных стенках углублений в грунте; Фиг. 2 Выполнение углублений в грунте в виде борозд, разделенных между собой брустверами, с укладкой полотнищ нагревателей на наклонные стенки вдоль бруствера; Фиг. 3 Схема расположения полотнищ нагревателей поперек борозд, с огибанием разделяющего их бруствера; Фиг. 4 Схема расположения нагревателей в междурядьях растений, с продольным перегибом полотнищ на брустверах; Фиг. 5 Функциональная блочная схема подключения полотнищ нагревателей к регулируемому источнику питания.

Система электрообогрева группы растений состоит из множества резистивных нагревателей 1, в виде полотнищ, уложенных на наклонные стенки 2 углублений 3 в грунте (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) и подключенных к регулируемому источнику электропитания 4 (фиг. 5) через схему управления. Один из простейших вариантов такой схемы, представленной на фиг. 5, состоит из регулятора 5 с подключенными к нему датчиком 6 скорости и направления ветра относительно рядов растений и датчиком 7 температуры атмосферы в зоне выращивания растений, коммутатора 8 и программного устройства (таймера) 9.

Как предпочтительный вариант, углубления в грунте выполняются в виде борозд 3, разделенных между собой брустверами 2 (бруствер между углублениями в данном случае является общей стенкой, см. фиг. 2, 3, 4).

Для выполнения таких углублений могут использоваться известные средства механизации (тракторы с навесными средствами, прицепы и т.п.), чем обеспечивается возможность существенного снижения трудоемкости и затрат.

В качестве нагревателей могут использоваться резистивные нагреватели, выполненные как из текстильного углеродного материала, так и выполненные из других эластичных материалов. В случае выполнения их низкоомными (с проводимостью, существенно превосходящей проводимость грунта), становится не обязательной электроизоляция нагревателей от грунта.

Укладка нагревателей при монтаже системы может производиться как вдоль борозд, так и поперек (фиг. 2, фиг. 3). В последнем случае нагреватели 1 огибают брустверы 2, разделяющие смежные борозды 3 между собой.

При продольной ориентации нагревателей относительно борозд целесообразна их укладка на гребни брустверов (с перегибом по осевой линии), так как при этом обеспечивается дополнительный нагрев поверхностного слоя грунта в междурядьях растений, т.е. больший поток тепла в наземную часть поля и создание квазитепличных условий для выращиваемых на открытом грунта растений (фиг. 4).

При завершении монтажа системы и посадки растений верхняя кромка или линия перегиба полотнищ нагревателей располагается либо заподлицо с поверхностью грунта, либо покрывается насыпным грунтом (2-4 см).

Число полотнищ нагревателей, необходимое для укладки в систему борозд, определяется их числом, протяженностью полотнищ заданной величины сопротивления и схемой подключения нагревателей. Питаются нагреватели безопасным (низковольтным) напряжением как по однофазной схеме (постоянный или переменный ток), или по трехфазной. В зависимости от необходимой величины соотношения сопротивления нагревателя и сопротивления грунта (при укладке без изоляции), шины питания могут быть подключены как по концам полотнищ (лент), так и по их кромкам, или по линии перегиба полотнища на бруствере.

Система обогрева работает следующим образом.

При подаче напряжения на нагреватели, расположенные, например, в четных бороздах с растениями, производится разогрев этих борозд до некоторой начальной температуры, которую контролируют переносными или стационарными средствами. Затем питание переключают на нагреватели, расположенные в смежных рядах растений и чередуют подачу его на четные или нечетные ряды (или группы рядов) растений. Скважность питания выбирается в зависимости от климатических условий в зоне выращивания. При этом регулируют величину напряжения питания, также в зависимости от погодных условий (температуры атмосферы в зоне выращивания, скорости и направления ветра, температуры грунта).

Автоматическое управления системой обогрева может осуществляться как по замкнутой, так и по разомкнутой схеме. Представленная на фиг. 5 простейшая схема основана на разомкнутом (программном) регулировании, с коррекцией по возмущению. В ней напряжение источника питания 4 изменяется регулятором 5 в зависимости от скорости и направления ветра, измеряемым датчиком (преобразователем) 6, и датчиком 7 температуры атмосферы в зоне выращивания (например, на уровне кроны растений). Затем напряжение, поступающее с выхода регулятора 5 на коммутатор 8, по программе (со скважностью), задаваемой таймером 9, подается поочередно на нагреватели 1, уложенные в четных и нечетных рядах. Скважность импульсов питания может изменяться и автоматически (на фиг. 5 не показано).

При использовании в качестве датчика скорости ветра термоанемометра выходной сигнал датчика может нести информацию и о влажности атмосферы.

Ввиду присущей такому объекту инерционности, сигналы датчиков, подключаемых к регулятору 5, интегрируются в нем (на фиг. 5 не показано) и при увеличении средней скорости ветра, с учетом температуры, напряжение источника 4 на выходе регулятора 5 увеличивается в допустимых пределах. Это напряжение увеличивается и при направлении ветра вдоль рядов растений (более продуваемом, если посадка не квадратно-гнездовая).

Изменение скважности импульсов питания может производиться вручную, например, при необходимости закаливания растений, при котором колебания температуры в смежных рядах растений должны быть увеличены. Это способствует увеличению сопротивляемости растений болезнями.

Таким образом, описанный способ монтажа и управления системой обогрева группы растений позволяет обеспечить автономное выращивание растений в полевых условиях при рациональных затратах, за счет создания условий, приближающихся к естественным.

Изобретение может быть использовано с периферийным ограждением группы выращиваемых в полевых условиях на открытом грунте растений. Система обогрева может найти применение и в парниковом хозяйстве, в условиях изолированной атмосферы на больших площадях.

Формула изобретения

1. Система электрообогрева группы растений, содержащая резистивные нагреватели в виде полотнищ, преимущественно из текстильного углеродного материала, уложенные в углубления в грунте для высаживаемых растений и подключенные к источнику регулируемого электропитания, отличающаяся тем, что углубления в грунте выполнены с наклонными стенками, а нагреватели уложены на стенки углублений.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что углубления в грунте выполнены в виде протяженных борозд, разделенных между собой брустверами.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что нагреватели уложены вдоль борозд.

4. Система по пп.2,3 отличающаяся тем, что нагреватели уложены на брустверы с продольным перегибом на них.

5. Система по п.2, отличающаяся тем, что нагреватели уложены поперек борозд с последовательным сгибанием брустверов.

6. Способ управления системой электрообогрева группы растений, заключающийся в регулировании температуры грунта в зоне выращивания, отличающийся тем, что обогрев растений производят в прерывистом режиме с чередованием периодов питания электронагревателей, уложенных в смежных рядах или в смежных группах растений.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в процессе обогрева измеряют температуру относительно рядов растений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5