Результат интеллектуальной деятельности: Климатическая камера для выращивания растений

Изобретение относится к оборудованию для сельского хозяйства и биологических исследований, в частности к климатическим камерам для выращивания растений.

Известна вегетационная установка, (патент RU 187369, Вегетационная установка, МПК A01G 9/24, 2018) включающая полый прямоугольный корпус с дверцами, который разделен на два отсека, источники света, вентиляторы, система управления приточным воздухом, датчики температуры, датчики влажности воздуха, систему капельного полива и подачи углекислого газа (CO₂).

Недостатком известного устройства является узкий диапазон регулируемых микроклиматических условий, реализуемых при произрастании растений, который зависит от качественного состава приточного воздуха, его температуры и влажности, что ограничивает использование камеры для исследовательских целей.

Известна вегетационная установка, (патент RU 196200, Климатическая камера для выращивания растений, МПК A01G 9/24, 2019) включающая рабочую камеру с расположенными в нижней и верхней частях вентиляционными отверстиями, размещенные в рабочей камере температурный датчик, выполненные с вентиляционными пазами и окнами стеллажи для помещения контейнеров с растениями, установленную над контейнерами подсветку, включающую панели со светодиодами, и систему управления подсветкой, светодиоды размещены группами из светодиодов с различными спектральными диапазонами, воздухоохлаждающую установку с блоком выключения, панели изготовлены из теплопроводного материала и выполнены с сообщенными с воздухоохлаждающей установкой вентиляционными каналами и отверстиями, температурный датчик размещен в месте расположения контейнеров с растениями и соединен с системой управления воздухоохлаждающей установкой, при этом дополнительно содержит устройство для создания регулируемой газовой среды, включающее камеру сгорания, в нижней части которой расположен зольник и приемное окно, в верхней части камеры сгорания установлен эжектор, соединенный с воздухоохлаждающей установкой трубопроводом, под эжектором находится термозащитная планка, коаксиально эжектору закреплена выходная труба, переходящая в спиральный дымоход, выводную трубу, входящую в нижнюю часть рабочей камеры; сверху рабочей камеры расположен аппарат сорбционной очистки отработанной газовой среды, подключенный спаренным трубопроводом к вентиляционным отверстиям рабочей камеры.

Недостатком известной климатической камеры является низкая энергоэффективность, так как облучатели оказывают непосредственное влияние на микроклимат внутри камеры, а именно приводят к выделению избыточной тепловой энергии, которая требует частого включения воздухоохлаждающей установки для поддержания заданных температурных значений.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является выбранная в качестве прототипа многосекционная вегетационная установка, которая содержит камеру для выращивания растений, источники излучения, систему микроклимата, систему полива растений, устройство управления режимом облучения, систему определение параметров и регулирование состава газовой среды растений, воздуховоды, систему кондиционирования воздуха. Воздуховоды системы микроклимата и трубопроводы системы полива растений проходят через все секции камеры, при этом в каждой камере параметры температуры, влажности, газового состава воздуха и режим полива растений в них поддерживаются на одном уровне, а параметры облучения могут варьироваться в отдельных секциях (патент RU 132309 U1, Вегетационная установка, МПК A01G 9/24, 2013).

Недостатком устройства является отсутствие растворного узла в системе полива растений для проведения сравнительных параллельных экспериментов с варьированием кислотно-щелочного баланса питательного раствора и его концентрации при поддержании других параметров микроклимата и режима освещения на одном уровне.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение продуктивности растений и энергоэффективности работы климатической камеры.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в климатической камера для выращивания растений, включающей источники излучения, системы микроклимата, полива растений, управления режимом облучения, определения параметров и регулирования состава газовой среды растений, воздуховоды и устройство кондиционирования воздуха, согласно изобретения, камера выполнена двухсекционной, воздуховоды системы микроклимата расположены за задней стенкой внутри климатической камеры для выращивания растений, при этом в секциях камер параметры температуры, влажности, газового состава воздуха одинаковы, а режимы полива растений и параметры облучения в секциях индивидуальны, источники облучения растений расположены в потолочной части каждой секции климатической камеры и теплоизолированы от внутренней среды, система полива растений оснащена раздельными емкостями с питательным раствором для каждой секции камеры и аэратором питательного раствора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема климатической камеры для выращивания растений; на фиг. 2 - то же, разрез А-А.

При проведении экспериментальных исследований по определению влияния климатических факторов на рост и развитие растений, является необходимым обеспечение различия режимов микроклимата, прежде всего температуры, влажности, содержания углекислоты в воздухе, а также режима освещения и полива растений.

Климатическая камера представляет собой теплоизолированный шкаф 1 параллелепипедной формы с вертикальной компоновкой и стеклянной теплоизолированной дверью 2. На внутренней стороне боковых стенок 3, 4 камеры жестко закреплены горизонтальные направляющие 5, 6, 7, 8 по две с левой и правой сторон, на которых размещены лотки 9, 10 с субстратом, в которые посажены растения.

Система микроклимата состоит из установленных по всей поверхности внутренней задней стенки 11 вентиляционных каналов 12 с подающими 13 и отводящими 14 вентиляторами, содержит холодильный агрегат 15, датчики 16 параметров микроклимата, подключенные к системе управления 17 с панелью индикации 18, электромагнитный клапан 19 с баллоном углекислоты 20.

Система полива включает электромагнитный клапан 21 для подачи воды в растворный узел 22 (реализованный известными техническими решениями), трубопровод растворного узла 23, раздельные емкости 24 с питательным раствором или водой отдельно для каждой секции, аэратор 25, подающие трубопроводы лотков 26, отходящие трубопроводы лотков 27, насосы 28 и датчики уровня 29 питательного раствора, подключенные к системе управления 17.

Система облучения растений включает независимые теплоизолированные от внутренней среды светодиодные источники излучения 30 расположенные в верхней части каждой секции камеры для выращивания растений, подключенные к управляемым источникам питания с возможностью раздельного управления режимами облучения 31 в каждой секции посредством системы управления 17.

Источники облучения растений расположены в потолочной части каждой секции климатической камеры и теплоизолированы от внутренней среды, для повышения энергоэффективности установки.

Система полива растений выполнена из раздельных емкостей с возможностью приготовления питательного раствора индивидуально для каждой секции камеры (по составу питательного раствора и его кислотно-щелочному балансу).

Система полива оснащена аэратором питательного раствора, для удовлетворения физиологического процесса растений, связанного с дыханием и поглощением корнями воды с питательными веществами.

Климатическая камера для выращивания растений работает следующим образом.

Растения 32 высаживают в лотки 9 и 10. Отводящими вентиляторами 14 воздух засасывает из внутреннего объема климатической камеры в вентиляционные каналы 12, где при контакте с испарителем 33 холодильного агрегата 16 воздух охлаждается за счет передачи тепла кипящему в испарителе хладагенту. На выходе из испарителя 33 по вентиляционным каналам 12 охлажденный воздух подающими вентиляторами 13 нагнетается во внутренний объем климатической камеры для поддержания в нем требуемого температурного режима.

В потоке отводящего воздуха датчики 16 параметров микроклимата (реализованный известными техническими решениями, например, как совокупность датчиков отдельных параметров микроклимата) измеряют температуру, влажность воздуха, содержание в нем углекислоты и передают полученную информацию в систему управления 17 (реализованную известными техническими решениями, на базе микропроцессорной техники). При необходимости система управления 17 подает сигнал на электромагнитный клапан 19, регулирующий подачу углекислоты в поток подаваемого к растениям воздуха. Если температура и влажность воздуха внутри камеры удовлетворяют требованиям эксперимента, то циркуляция воздуха через вентиляционные каналы 12 камеры для выращивания растений происходит без его кондиционирования. Таким образом, при вентиляции секций поддерживаются одинаковые температура, влажность воздуха и содержание в нем углекислоты.

Полив растений осуществляется питательным раствором или водой, предварительно подготовленными в растворном узле 22 в емкостях 24, через подающий трубопровод 26 в лотки с растениями 9 и 10. Режим полива регулируется системой управления 17, изменяющей подачу насоса 28. Излишки питательного раствора или воды через отходящий трубопровод 27 из лотков 9 и 10 возвращаются в емкости 24. Размеры емкостей 24 и их расположение выбраны таким образом, чтобы обеспечить одинаковый режим полива в каждой секции.

Различие параметров облучения в каждой секции камеры для выращивания растений достигается тем, что система облучения в каждой секции имеет независимое управление. Возможно использование в качестве источников излучения 30 различные типы источников. Источники питания 31 каждой секции камеры для выращивания растений (реализованное известными техническими решениями), через систему управления 17 обеспечивают изменение интенсивности потока излучения, его пространственного распределения и спектрального состава в соответствии с целями экспериментальных исследований.

По сравнению с прототипом, микроклиматическая система камеры выполнена таким образом, что параметры температуры, влажности, газового состава воздуха в них поддерживаются на одном уровне, в то время как режим и параметры полива растений с облучением растений могут варьироваться в отдельных секциях (например, спектральный состав, продолжительность и интенсивность облучения, состав питательного раствора и его кислотно-щелочной баланс).

Использование климатической камеры позволит снизить энергозатраты связанные с кондиционированием воздуха, повысить продуктивность растений за счет применения аэрации и раздельного полива растений в каждой секции.