Теплиця

1. Теплиця, що містить посівні поверхні, ізольовані від зовнішнього середовища огороджуючою конструкцією, яка відрізняється тим, що всередині теплиці встановлені одна або більше опор, вздовж котрих по висоті об’єму теплиці розміщені конструкції посівних поверхонь окремими ділянками порівнево або суцільною поверхнею, що піднімається, наприклад гвинтовою або окремими ділянками, що піднімаються, ступінчасто або в будьякій комбінації зазначених розміщень, при цьому конструкції посівних поверхонь встановлені на опорах безпосередньо і/або підвішені до опор за допомогою підвісок, при цьому підвіски своїми верхніми частинами прикріплені до опор безпосередньо або до консольних відгалужень опор, а C2 2 51929 1 3 51929 4 поверхонь припадає на одиницю посівних площ, їхньої рентабельності. тим менше тепла витрачається на вирощування Як і сонячним вегетаріям, так і японським теподиниці товарної продукції, і тим менша її собіварлицям притаманні і інші вищевказані обмеження, тість, основним складником якої є затрати на опахарактерні для однорівневих теплиць. лення. До того ж однорівневі теплиці вимагають веУ однорівневих теплиць загальна площа забуликих рівних ділянок і не можуть широко застосодови завжди перевершує посівну робочу площу на вуватися в місцях з дефіцитом вільних територій: в величину, яку займають несучі конструкції спорумістах, де мешкає основний споживач, в горах, де ди, що збільшує експлуатаційні витрати на одиниє вдосталь сонця та чистого довкілля - необхідних цю товарної продукції. умов отримання екологічно чистої продукції, в ліКороткопрогінні конструкції огорожі на основі сових (джунглеви х) масивах, де зокрема виникастовпово - балкових конструктивних схем традиють проблеми з затіненням низьких споруд таких ційних однорівневих теплиць не дозволяють їм теплиць. набувати водночас великих об'ємів і компактних Навпаки, такі теплиці претендують на продукформ огороджуючих поверхонь, що дозволило б тивні сільгоспугіддя планети, котрі з року в рік стртеплицям покращити наведені вище показники. імко скорочуються. Окрім того, однорівневі теплиці погано протистоВ цілому, однорівневість теплиць обмежує ять заметам та сніговим (піщаним) навантаженекономічні переваги закритого рослинництва над ням, а тому погано пристосовані до умов Півночі відкритим. та пустель, що обмежує регіони застосування таНайбільш близьким за технічною сутністю до ких теплиць. запропонованого технічного рішення є "Кліматрон" Світлопрозорі конструкції перекритть однорів- теплиця-оранжерея, збудована в Ботанічному невих теплиць зазвичай не мають достатньої несаду м. Сент-Луіс, штату Луїзіана, США в 1960 році сучої спроможності для підвішувань до них переза проектом Річарда Бакмінстера Фуллера. [Мисувного технологічного обладнання, що обмежує шель Рагон, «Города будущего», издательство можливості механізації виробничих процесів бо «МИР», Москва, 1969, стр.88]. вимагає додаткових площ та об'ємів для несучих "Кліматрон" містить посівні поверхні, ізольоваелементів обладнання, а тому доводиться влашні від зовнішнього середовища сферичним світлотовувати технологічні проходи за рахунок корисних прозорим куполом, спорудженим із трубчастих площ. алюмінієвих елементів, що утворюють двухшарову Прогресивні сучасні напрямки розвитку тепогороджуючу конструкцію, набрану із стрижневих лиць можуть бути представлені т.з. "Сонячним модулів, виконаних у вигляді те траедрів. вегетарієм" О.В. Іванова [А.С. №192539 , Трикутні вічка зовнішнього шару купола заповA01G9/14, 1967p.]. нені світлопрозорим плексигласом. Сонячні вегетарії являють собою теплиці, що Діаметр поверхні сферичної огороджуючої розташовуються на південних схилах, і мають конструкції - 84м, висота споруди (кульового сегплоскі світлопрозорі перекриття, паралельні схимента) - 23м, діаметр круга забудови - 75м, діалам. метр круга робочої посівної площі - 53м. Плоскі перектиття забезпечують співвідноНа відміну від наведених аналогів, сферичшення площ огороджуючих поверхонь до корисних ність кліматрона значно збільшує прогін конструкпосівних площ близькими до одиниці, що разом з ції перекриття та об'єм повітря над посівними посистемами сонячного обігріву та накопичення тепверхнями, що дозволяє вирощувати високі дерева лової енергії в ґрунті, значно підвищують техніко(тому він і оранжерея). економічні показники таких теплиць. Проте такий кліматрон економічно поступаєтьПроте плоскі перекриття роблять теплиці врася традиційним теплицям, як засіб вирощування зливими до заметів, снігових та піщаних навантаплодоовочевої продукції і не може бути "товарною жень, а автоматизація в сонячних вегетаріях обтеплицею", перш за все тому, що конструкція його межена регулюванням кліматичних режимів перекриття є на сьогодні унікальною і дорогою по всередині теплиці і не поширюється на виробничі відношенню до ринкових цін товарної продукції, процеси. котра може в ньому вирощуватися. Зразками високотехнологічних теплиць моДо того ж, співвідношення площ огороджуючої жуть слугувати японські, описані в статті Суніхіро поверхні кліматрона до корисної посівної дорівнює Накамурі [ "Растениеводство защищенного грун2,75 - як у не найкращих традиційних теплиць, а та", ст.123-133, сборник "Наука и жизнь" за 1983г.]. пологість перекриття - (23/75=0,3) геометрично Японські теплиці оснащені високоавтоматизозумовлює велику площу основи споруди, що зниваними засобами виконання виробничих операцій жує частку корисної площі в плямі забудови, в даз програмним керуванням, зокрема підвісними ному випадку - до 0,5, та статично збільшує силові кран-балками для пересування робочих агрегатів, напруги в елементах самонесучої конструкції пеоригінальними системами регулювання тепло та рекриття від його власної ваги. світлопровідності огороджуючих конструкцій, ряСаме збільшення силових напруг в однорідних дом інших передових технологічних пристроїв та елементах конструкції стрижнево - купольних спосистем. руд, при зростанні лінійних розмірів останніх, зуПроте співвідношення огороджуючих повермовлює межу цього зростання. хонь до посівних у японських теплиць сягає двох з Будівельна практика показує, що межа, за половиною, як у не найкращих традиційних зразякою розпочинаються серйозні технічні труднощі ків, що об'єктивно обмежує подальше зростання при створенні стрижневих куполів, становить про 5 51929 6 гін (діаметр) 200 метрів. придатних для будівництва традиційних однорівТак на початку 1980-х в м. Істрі під Москвою невих теплиць. зазнала невдачі спроба спорудити стрижневий Вказані переваги багаторівневої теплиці стрімкупол прогоном 237 метрів ["Техника - молодежи", ко посилюються зі зростанням її лінійних розмірів, №7, 1983г.]. оскільки при цьому, за геометричними законами, В основу винаходу поставлено задачу забезповерхня зовнішньої оболонки теплиці збільшупечити підвищення техніко-економічних показників ється пропорційно квадрату її лінійного збільшентеплиці та розширення області її застосування ня, а внутрішній її об'єм - кубу. шляхом порівневого розташування посівних повеСуттєвим є те, що зростання сумарної посівної рхонь, збільшення розмірів огороджуючої конструплощі багаторівневої теплиці тим більше набликції та надання її поверхні оптимальної геометричжається до закону зростання об'єму, чим більший ної форми, оснащення теплиці засобами лінійний розмір теплиці, бо відстані між посівними світлозабезпечення, транспортування, механізації рівнями (висоти поверхів) при цьому суттєво не та автоматизації виробничих процесів. змінюються, що зумовлюється сталістю технологіПоставлена задача вирішуються тим, що тепчних вимог, котрі не залежать від кількості рівнів. лиця, котра містить посівні поверхні, ізольовані від Окрім того збільшення висоти споруди дозвозовнішнього середовища огороджуючою конструкляє уникнути затінення її поверхів зовнішніми об'цією, відрізняється наступним. єктами (дерева, будівлі, рельєф місцевості). - Всередині теплиці встановлені одна або біЗ наведених міркувань виходить, що чим більше опор, вздовж котрих, по висоті об'єму теплильші розміри теплиці, тим кращі її експлуатаційні ці, розміщені конструкції посівних поверхонь окреякості та те хніко-економічні показники. мими ділянками порівнево або суцільною Для суттєвого збільшення розмірів багаторівпіднімаючоюся поверхнею, наприклад гвинтовою, невої теплиці, в її конструктивну схему введені або окремими ділянками піднімаючимися ступіндодаткові несучі елементи - підвіски. часто або в будь-якій комбінації означених чинів, Працюючи на розтяг (найекономніший вид ропри цьому конструкції посівних поверхонь встаноботи матеріалу), останні дозволяють зменшити влені на опорах безпосередньо і/або підвішені до вигини (найвитратніший вид роботи матеріалу) в опор за допомогою підвісок, при цьому підвіски конструктивних елементах посівних поверхонь, і своїми верхніми частинами прикріплені до опор тим збільшити радіальні прогони поверхів теплиці безпосередньо або до консольних відгалужень (відстані від центра споруди до її огроджуючої поопор, а нижніми своїми частинами підвіски прикріверхні), а відповідно і площі її поверхів. Навантаплені до опор безпосередньо або до консольних ження (власні ваги поверхів), котрі збираються відгалужень опор або до частин фундаменту теппідвісками, передаються на опори. Останні можуть лиці або до землі. мати консольні відгалудження у верхніх своїх час- Огороджуюча конструкція теплиці опирається тинах для кріплення підвісок. розподільно на конструкції посівних поверхонь Окрім того, закріплення нижніх ланок підвісок і/або на конструкції підвісок. до опор, фундаменту або землі дозволяє суттєво - Всередині теплиці розміщені засоби вертикастабілізувати споруду при дії на неї вітрови х або льного транспортування, наприклад ліфти. сейсмічних навантажень. В цих випадках опори - Над конструкціями посівних поверхонь розможуть мати консольні відгалудження у нижніх міщені крани - балки на криволінійних або прямосвоїх частинах для кріплення підвісок. лінійних напрямних шляха х. Таким чином, крім збільшення лінійних розмі- Назовні і/або всередині теплиці розміщені рів багаторівневої теплиці, застосування підвісок променевідбивні поверхні і/або джерела опромірозширює варіантність її конструктивних виконань: нення вирощуваної продукції, при цьому променесейсмостійких, вітростійких, оранжерейних, рекревідбивні поверхні та джерела опромінення можуть аційних..., що сприяє розширенню типології багабути прямого, (прожекторного) або розсіяного торівневої теплиці та регіонів її застосування. опромінення, а також постійних або змінних техніВажливою особливістю конструктивної схеми чних параметрів. запропонованої теплиці є розподільне обпирання - Поверхня огроджуючої конструкції теплиці її огороджуючої конструкції на окрайки конструкцій утворює центрально- або дзеркальносиметричне посівних поверхонь та на підвіски, що звільняє тіло. огороджуючу конструкцію від самонесучості, і тим - Внутрішній об'єм теплиці розділено на окремі самим дозволяє їй досягати практично необмежетехнологічні відсіки. них розмірів. Порівневе розміщення посівних поверхонь доТаким чином огороджуюча конструкція перезволяє значно зменшити витрати площі покриття стає бути основним фактором, обмежуючим загата площі забудови, що припадають на одиницю льне зростання розмірів теплиці. корисних посівних площ, а значить зменшити будіОскільки порівневе розміщення посівних площ вельні та експлуатаційні затрати на одиницю вивимагає забезпечення технологічного зв'зку між рощеного продукту, тобто - підвищити технікорівнями, теплиця оснащена ліфтами, або іншими економічні показники теплиці. засобами вертикальних комунікацій, котрі можуть Водночас це дозволяє зосереджувати великі розміщуватися зокрема в її опорах, виконаних у посівні площі на невеликих площах забудов, чим вигляді трубчасти х стволів. розширює область застосування багаторівневої Порівневе розміщення посівних площ, за вкатеплиці, наприклад в гірській або залісеній місцезаної конструктивно - статичної схеми, дозволяє вості, чи в містах, де бракує вільних територій, використовува ти днища конструкцій посівних по 7 51929 8 верхонь для підвішувань до них напрямних шляхів використані природні розподіли температур по кран-балок, для переміщувань технологічного обрівнях, притаманні багатоповерховим спорудам, а ладнання над посівними поверхнями (для висатакож відмінності в спектральних складах, кількосджування культур, догляду за рослинами та збитях та почасових режимах поступаючої до різних рання врожаю), що не вимагає тепер додаткових відсіків сонячної енергії, зумовлені різними геотехнологічних площ за рахунок скорочення продуграфічними орієнтаціями та нахилами окремих ктивних посівних площ теплиці. світлопрозорих елементів огорож відсіків. Це відкриває нові можливості для досягнень Суть винаходу пояснюється кресленнями, на високих рівнів механізації та автоматизації виробяких зображено: ничих процесів, що одночасно з застосуванням Фіг.1 - Теплиця одноопорна, товарносучасних ін формаційних технологій, відкриває певиробничого призначення, сейсмо-заметостійкого рспективу забезпечення в теплицях "безлюдного виконання (центральний розріз). виробництва", а це, в свою чергу, робить можлиФіг.2 - Те ж саме. План одного з рівнів (розріз вим використання таких теплиць в більш широкоА-А на фіг.1). му діапазоні кліматичних та соціально-економічних Конструкції посівних поверхонь встановлені на регіонів планети. підвісках, розтягнених між верхніми та нижніми Порівневе розміщення посівних площ вимагає консольними відгалуженнями опори. додаткового освітлення останніх, особливо діляКонструкції посівних поверхонь не зв'зані жорнок, віддалених від світлопрозорої огорожі тестко з опорою. плиці. Еліпсоїдна огороджуюча конструкція розподіЗадача вирішується шляхом оснащення тепльно опирається на окрайки конструкцій посівних лиці джерелами штучного опромінення (прямого поверхонь. або розсіяного) вирощуваної продукції, та засобаВерхня частина теплиці - самонесуча обоми переспрямування як сонячних, так і штучних лонка. променів на визначені ділянки посівів ( пристроями Фіг.3 - Теплиця одноопорна, товарноз променевідбивними поверхнями). виробничого призначення, вітростійкого виконання Вказане обладнання може розміщуватися як (центральний розріз). всередині, так і назовні теплиці, утворюючи цим Фіг.4 - Те ж саме. План одного з рівнів ( розріз самим системи взаємодоповнюючих засобів світА-А на фіг.3). лозабезпечення, при цьому вказані системи моКонструкції посівних поверхонь встановлені на жуть мати як постійні робочі параметри (місцезнаопорі і підтримуються підвісками одночасно. ходження, орієнтація, спектральний склад, та Підвіски верхніми своїми кінцями прикріплені почасовий розподіл випромінювання), так і змінні, до опори, а нижніми - до фундаменту споруди. котрі можуть керуватися як автоматично за проЦиліндрична огороджуюча конструкція розпограмного управління, так і людиною-оператором. дільно опирається на окрайки конструкцій посівних Суттєвим фактором, що впливає на технікоповерхонь і зв'язана з розтяжками. економічні показники багаторівневої теплиці є фоВерхня частина теплиці - самонесуча оборма поверхні її огороджуючої конструкції. лонка. Відомо, що з усіх геометричних тіл найменші Фіг.5 - Теплиця семиопорна, товарновитрати поверхні на одиницю об'єму має куля. виробничого призначення (центральний розріз). Але вимоги до багаторівневих теплиць не моФіг.6 - Те ж саме. План одного з рівнів ( розріз жуть обмежуватися лише мінімальними витратами А-А на фіг.5). Констр укції посівних поверхонь будівельних матеріалів та тепла на одиницю об'встановлені на опорах. Циліндрична огороджуюча єму чи посівних площ. конструкція розподільно опирається на окрайки Залежно від призначення та регіону застосуконструкцій посівних поверхонь. вання теплиці, домінуючими можуть бути інші криВерхня частина теплиці - самонесуча оботерії: виробнича спеціалізація, сейсмостійкість, лонка. вітростійкість, лавиностійкість, заметостійкість Фіг.7 - Теплиця дванадцятиопорна, науково(пісок, сніг), забезпеченість теплом, водою, природослідного та публічно-пізнавального призначендним освітленням, трудовими ресурсами, та різня, оранжерейного типу ( центральний розріз). номаніття місцевих умов. Фіг.8 - Те ж саме. План одного з рівнів ( розріз Аналіз показує, що для одночасного задовоА-А на фіг.7). лення найбільш ймовірних вимог, форма огороКонструкції основних посівних поверхонь, джуючої поверхні теплиці має бути центральновздовж огорожі, суцільно-гвинтового типу, встаноабо дзеркальносиметричною. влені на опорах і підтримуються підвісками одноОстаннє зумовлене, зокрема, дзеркальносичасно. метричним характером траєкторії руху Сонця відПідвіски верхніми своїми кінцями прикріплені носно місцевої меридіанної площини. до консольних відгалужень опор, а нижніми - до Багаторівневість та великооб'ємність теплиці фундаменту споруди. потребує забезпечення можливості одночасного Циліндрична огороджуюча конструкція розповирощування в ній різних видів рослинної продукдільно опирається на конструкції підвісок. ції, кожен з видів якої вимагає свого мікрокліматиВерхня частина теплиці - самонесуча обочного режиму, та має власні терміни розвитку. лонка. Задача вирішується шляхом поділу внутрішГоловними несучими елементами теплиці є нього об'єму теплиці на окремі технологічно незаодна (фіг.1 і фіг.3) або більше (фіг.5 і фіг.7) опор 1, лежні виробничі відсіки. При цьому можуть бути вздовж котрих по висоті об'єму теплиці розміщені 9 51929 10 конструкції посівних поверхонь 2 порівнево окренів (детально не показано). мими ділянками (фіг.1, фіг.3, фіг.5) або суцільною В підземній частині теплиці розміщені допомігвинтовою поверхнею (фіг.7). жні технологічні відсіки 13, для підготовки посівноКонструкції посівних поверхонь 2 встановлені го матеріалу та обробки - переробки врожаю. на опорах 1 безпосередньо (фіг.5) або підвішені до Зразковий виробничий цикл в теплиці відбуваних за допомогою підвісок 3 (фіг.1) або встановлеється наступним чином. ні на опорах і підтримуються підвісками одночасно Посівний матеріал готується до сіяння (опро(фіг.3 і фіг.7). мінення, барботування, дражування та ін.) в підПідвіски 3 верхніми своїми кінцями прикріплені земних технологічних відсіках 13 і подається нагодо опор безпосередньо (фіг.3) або до верхніх конру ліфтами 5. На заданому рівні, за допомогою сольних відгалужень опор (фіг.1 і фіг.7), а нижні змінного пересувного технологічного обладнання кінці підвісок прикріплені до нижніх консольних 8, здійснюється висаджування зерен в ґрунт або відгалужень опор (фіг.1) або до фундаментів споштучний субстрат, нанесений на конструкції посівруди (фіг.3 і фіг.7). них поверхонь 2. Огороджуюча конструкція набрана із світлоПри цьому робочі органи змінного технологічпрозорих елементів 4, котрі поярусно опираються ного обладнання 8 здійснюють складні тримірні на конструкції посівних поверхонь 2 (фіг.1 і фіг.5) переміщення над посівними поверхнями за допоабо на конструкції підвісок 3 (фіг.7), або на те і могою крана-балки 7, що рухається навколо інше одночасно (фіг.3). центру споруди по криволінійних напрямних шляВ опорах 1 теплиці розміщені ліфти 5, а над ха х 6. Вказані переміщення та необхідні технологіпосівними поверхнями на криволінійних, або прячні операції задаються відповідними програмами, молінійних (останнє не показано ) напрямних шляале в окремих випадках можуть виконуватися і ха х 6 встановлені крани-балки 7 зі змінним технооператором. логічним обладнанням 8 (фіг.1, фіг.3, фіг.5). Таким же чином виконуються роботи по доТеплиця обладнана зовнішніми променевідбигляду за культурами (живлення, механічні операції вними поверхнями 9 та джерелами 10 прямого та ін.) та збиранню врожаю. опромінення вирощуваної продукції а також внутЗібраний врожай, опускається до підземних рішніми променевідбивними поверхнями 11 та технологічних відсіків 13 ліфтами (або іншими джерелами 12 прямого опромінення (фіг.1, фіг.3, транспортними засобами), де піддається необхідфіг.5). ній обробці чи переробці, а потім відправляється Променевідбивні поверхні та джерела опроміспоживачам або на зберігання до відповідних технення виконані з постійними або змінними технічнологічних відділень теплиці. ними параметрами (способи встановлення останЗапропоноване технічне рішення покращує ніх всередині та зовні теплиці не показані). техніко-економічні показники теплиці, зокрема поФорма огороджуючої поверхні теплиці центрав'язані з енергетичними витратами, підвищує рільно- або дзеркально-симетрична (останнє не вень механізації та автоматизації виробничих пропоказано). цесів, розширює її типологічне різноманіття та Внутрішній об'єм теплиці поділений на окремі область застосування. технологічні відсіки як порівнево так і в межах рів 11 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 51929 Підписне 12 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601