DE2501796C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufbodenheizung für Pflanzen­ kulturen in Form von nachgiebigen, länglichen, dünnwandigen, auf dem Erdboden aufliegenden Schläuchen mit Versorgungs­ einrichtungen, welche in den Schläuchen einen Film einer wärmeübertragenden Flüssigkeit strömen lassen.

Derartige Aufboden- oder Überbodenheizungen sind bekannt. Die verwendeten Schläuche haben aber einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und werden mit verhältnismäßig heißem Wasser mit einer Vorlauftemperatur bis 80°C gespeist. Damit die Aufbodenheizung wirksam ist, ist im Normalfall außerdem noch eine zusätzliche Abdeckung der Kulturen mit einer ge­ lochten Folie erforderlich. In einem Gewächshaus müssen also noch besondere Folienzelte aufgebaut werden, während eine Verwendung im Freiland offenbar nicht in Betracht kommt (Gartenbauliche Versuchsberichte 1974 der Landwirtschafts­ kammer Rheinland, Bonn, 13. Jahrgang, Seite 195-204).

Andererseits ist es aus der US-PS 37 27 345 bekannt, in Pflan­ zenkulturen auf dem Erdboden zwischen den Pflanzenreihen dünn­ wandige Schläuche mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt zu verlegen, in denen als Ballast und zur Temperierung Wasser steht, über welchem in die Schläuche eingepreßte Luft strömt, welche die dünnwandigen Schläuche aufbläst und nach Temperie­ rung durch das Wasser aus oberhalb des Wasserspiegels vorge­ sehenen ziemlich großen Löchern der Schläuche austritt.

Das Wasser kann gegebenenfalls auch zur Bewässerung der Pflanzen benutzt werden, indem man es durch entsprechend tief angeordnete Löcher der Schläuche austreten läßt. Diese Art von Heizung bringt jedoch erhebliche Nachteile mit sich, denn die auf die Pflanzen gerichteten Luftstrahlen, ob sie nun erwärmt oder kalt sind, bewirken eine stärkere Verdunstung durch die Pflanze selbst, was zu einem Erschlaffen und selbst Verwelken derselben führen kann. Außerdem wird das im Boden enthaltene und gegebenenfalls zugeführte Bewässerungswasser durch die bewegte Luft stärker verdunstet, und bei Verwendung dieser Aufbodenheizung im Inneren eines Gewächshauses führen die Luftstrahlen zur Bildung von Luftwirbeln, welche die er­ wähnten nachteiligen Wirkungen verstärken.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Aufboden­ heizung für Pflanzenkulturen der eingangs angegebenen Art der­ art weiterzubilden, daß sie bei einfacher Herstellung und Ver­ legung mit einer niedrigen Vorlauftemperatur der wärmeüber­ tragenden Flüssigkeit arbeiten kann und sowohl die Pflanzen­ wurzeln als auch die Luft im Bereich der oberirdischen Pflan­ zenteile ohne schädliche starke Luftströmungen erwärmen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die dünnwandigen, auf dem Erdboden aufliegenden Schläuche flach, breit und polster­ artig unterteilt (abgesteppt) sind (Anspruch 1).

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Aufbodenheizung wird durch ihre groß­ flächige Auflage auf dem Erdboden selbst bei niedrigen Vor­ lauftemperaturen von unter 45°C der wärmeübertragenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vorzugsweise mit einem hydrostatischen Druck von unter 10 cm Wassersäule genutzt werden.

Die Pflanzenkulturanlage kann daher mit Vorteil auch durch industrielles Abwasser, insbesondere erwärmtes Kühlwasser, gespeist werden.

Mit Vorteil kann die Versorgungseinrichtung auch von einer Wärmepumpe gespeist werden, welche Wasser mit einer Temperatur zwischen 25 und 45°C abgibt und die zum Erwärmen dieses Wassers erforderliche Energie über den zur Pumpe gehörenden Verdampfer dem Abwasser einer Industrieanlage oder Wasser einer phrea­ tischen Schicht entnimmt.

Die erfindungsgemäße Aufbodenheizung ist für Pflanzenkulturen mit geheizter Unterlage (Schüttung) verwendbar, jedoch auch verwendbar als Klimaanlage eines Treibhauses, wobei sie Vor­ richtungen aufweist, um den Durchfluß des warmen Wassers in den Schläuchen zu unterbrechen, wenn die Temperatur im Treib­ haus genügend hoch ist, und Vorrichtungen aufweist, wodurch kühles Wasser durch die Schläuche geleitet werden kann, wenn die Atmosphäre im Treibhaus während starker Sonnenbestrahlung abgekühlt werden soll.

Die Erfindung wird weiter erläutert durch die folgende Beschrei­ bung von Ausführungsformen. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigt

Fig. 1 schematisch eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schlauch der Heizung;

Fig. 3 einen Schnitt eines abgewandelten Schlauches;

Fig. 4 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines polsterartig unterteilten Schlauches; die

Fig. 5 und 6 Ansichten der Schläuche mit den zu ihrer Versorgung dienenden Sammelleitungen;

Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Schlauches.

Gemäß Fig. 1 weist die Aufbodenheizung 1 einen flachen breiten Schlauch 2 (oder schlauchartige Hülle oder Rohr) auf, der stromaufwärts durch ein Anschlußstück 4 a in einer gleichblei­ benden Höhe an einem Vorratsgefäß 3 angeschlossen ist, aus dem er gespeist wird, und stromabwärts in einem Abschlußstück 4 b mit Druckabfall endet. Der Schlauch 2 wird von einem Film warmer Flüssigkeit 8 durchströmt.

Der Schlauch 2 ist abgeflacht mit wesentlich größerer Breite als Dicke. Seine dünnen Wände 2 a begrenzen einen ebenfalls abgeflachten freien inneren Querschnitt 2 b. Der Schlauch 2 kann aus einem Kautschuk- oder Kunststoffschlauch von großem Durchmesser hergestellt sein, der unter seinem eigenen Ge­ wicht in sich zusammensinkt, wenn er auf den Boden 6 gelegt wird. Vorzugsweise besteht der Schlauch aus einem undurch­ sichtigen Material. Man verhindert so das Auftreten von Mikro­ organismen an der Innenwand des Schlauches.

Der Schlauch bildet einen einzigen Durchflußkanal 2 b, und trotz der dünnen Wandstärke kann man ihn ohne gro­ ßen Schaden festtreten oder perforieren. Eine Perforie­ rung führt nur zu einem Durchsickern von Flüssigkeit, welches die Leistung der Aufbodenheizung nicht beein­ trächtigt. Da der im Schlauch strömende Film von hei­ ßer Flüssigkeit einen geringen Druck hat, behält der Schlauch die abgeflachte Form seines Durchlaßquer­ schnitts 2 b bei.

Um die Oberfläche des Wärmeaustauschers zu vergrößern und andererseits seine Widerstandsfähigkeit gegen zu­ fällige Stöße und Schläge zu erhöhen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein in Längs­ richtung unterteilter nachgiebiger Schlauch 5 als Wär­ meaustauscher vorgesehen, der parallele Längskanäle 5 a von sehr kleinem Durchmesser aufweist (Fig. 2).

Für Kulturen auf Unterlage (schwarzem Kunststoff) kann man die Schläuche gleichzeitig als Unterlage und für den Durchfluß von Wasser ausbilden. Zu diesem Zweck sind in den gegenüberliegenden Wänden 2 a des Schlauches 2 Löcher 10 ausgebildet, die durch runde Schweißnähte 12 miteinander verbunden sind, so daß der Durchfluß­ kanal 2 b dicht bleibt (Fig. 3). Die Löcher 10 sind in gleichen Abständen über die ganze Oberfläche des Schlauches 2 verteilt, so daß man die Pflanzen durch sie hindurch in den Boden umpflanzen (pikieren) kann. Für diese Anwendungsart sollte die Gesamtheit der Schläuche mindestens 50% der Oberfläche des Erdbodens bedecken. Gleiche Löcher mit verschweißten Rändern kön­ nen auch bei dem unterteilten Schlauch 5 vorgesehen wer­ den, jedoch ist diese Ausbildungsform nicht zeichnerisch dargestellt. Zur einfacheren Herstellung solcher Unter­ legmaterialien, d. h. von Schläuchen mit Löchern, die durch ihre Wände reichen und mit ihren Rändern ver­ schweißt sind, kann man die Löcher durch einfaches Aus­ stanzen im wesentlichen in der Mitte des verschweißten Bereichs herstellen. Ein Verfahren zum Herstellen sol­ cher Unterlegbänder besteht darin, daß man gleichzei­ tig entgegengesetzte Wände der Schläuche durch eine Schweißnaht miteinander verschweißt und sie innerhalb der Schweißnaht ausstanzt, indem man auf den Schlauch mindestens ein Werkzeug aufdrückt, das einen Heizkranz aufweist, in dessen Innenraum ein Messer angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher arbeitet mit ge­ ringen Temperaturdifferenzen gegenüber der Umgebung, d. h. mit einer mittleren Temperatur der Flüssigkeit von unter 45°C. Die häufig am bequemsten zu verwendende heiße Flüssigkeit ist selbstverständlich Wasser, jedoch kann man auch eine andere Flüssigkeit, z. B. Öl, ohne Nachteil verwenden, vorausgesetzt daß man für ihre Rück­ gewinnung sorgt.

Wenn Wasser als Heizflüssigkeit benutzt wird, genügt ei­ ne Höhe von 10 cm im Vorratsgefäß und eine Regelung des Druckabfalls des Abschlußstücks 4 b, um ein regelmäßiges Ausströmen des Films 8 zu erhalten. Die große Fläche des Schlauches gegenüber dem Erdboden gewährleistet eine gute Wärmeleistung des Wärmeaustauschers, und seine flache Form erleichtert sein Aufrollen auf ei­ ner Spule sowie eine bequeme Zwischenlagerung.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Schläuche 2. Es handelt sich um "abgesteppte" Schläu­ che, d. h. Schläuche, deren gegenüberliegende Wände in bestimmten Bereichen miteinander verbunden sind. Diese Verbindung der beiden Wände kann in Form von Punkten, Kreisen oder geraden Abschnitten vorliegen, die in Li­ nien, versetzt oder in Zick-Zack-Linien angeordnet sind. Diese Ausführungsform weist große Vorteile auf:

• - sie stabilisiert den Schlauch und verhindert, daß er sich in sich selbst rollt und so die Kulturen beschä­ digt;
• - sie verringert seine Dicke im Betrieb, wobei jedoch ein entsprechender Durchfluß erhalten bleibt;
• - sie ermöglicht eine Druckerhöhung der Flüssigkeit, die dann mehr als 10 cm Wassersäule Druck haben kann, da die Schläuche sich nicht aufblähen, zylindrische Form annehmen und auf dem Boden rollen können. Durch eine solche Druckerhöhung kann man im Betrieb längere Schläuche benutzen;
• - sie erzeugt Wirbel, welche die Wärmeübertragung begün­ stigen;
• - sie ermöglicht eine gute Durchmischung der Stromfäden des Wassers und damit einen guten Ausgleich der Wasser­ temperatur über die Breite des Schlauches.

Fig. 4 zeigt den Fall einer Polsterbildung durch gerade Schweißnahtabschnitte 14, die im Zick-Zack angeordnet sind.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Art der Versorgung der Schläu­ che mit Wasser als Wärmeüberträger wird dieser nicht zu­ rückgewonnen. Eine solche Maßnahme ist nachteilig, wenn die wärmeübertragende Flüssigkeit verhältnismäßig teuer ist. Sie ist auch nachteilig, wenn die Flüssigkeit Was­ ser ist und die Anlage in einer trockenen Gegend einge­ richtet ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei verschiedene Ausfüh­ rungsformen der Anlage, welche eine Rückführung der Flüssigkeit vorsehen, die durch die Schläuche geströmt ist.

Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Schläuche 2 parallel zueinander zwischen einer strom­ aufwärts liegenden Sammelleitung (Speiseleitung) 16 und einer stromabwärts liegenden Sammelleitung (Ablei­ tung) 18 angeordnet. Jedes Anschlußstück 4 a ist an der Speiseleitung 16 und jedes Abschlußstück 4 b an der Ab­ leitung 18 angeschlossen. Diese Sammelleitungen können vorteilhafterweise aus starren Rohrleitungen bestehen. Die Speiseleitung 16 ist an die Versorgungsstelle für warmes Wasser angeschlossen. Durch die Ableitung 18 kann das Wasser oder eine andere Flüssigkeit nach dem Durchgang durch die Schläuche 2 zurückgeführt werden, wobei für den nötigen Druckabfall gesorgt ist. Die Art der Warmwasserversorgung in diesem Fall ist weiter un­ ten erläutert.

Statt gerade können die Schläuche auch in Form einer Haarnadel ausgebildet sein. Man kann diese Form auch erhalten, wie Fig. 6 zeigt, indem man zwei Schlauch­ teile 2′ und 2′′ miteinander an einem ihrer Enden durch eine gebogene Leitung 20 verbindet. Das Anschlußstück 4 a des Schlauchstücks 2′ ist an der Speiseleitung 16 und das Abschlußstück 4 b des Schlauchstücks 2′′ an der Ableitung 18 angeschlossen. In diesem Fall verlaufen die Sammelleitungen 16 und 18 nebeneinander. Wenn die Anlage in einem Gewächshaus eingerichtet ist, kann man infolge dieser Ausbildung den Eingang zum Gewächshaus, wenn nur ein Zugang da ist, frei machen, ohne daß die Anschlüsse abgekuppelt werden müssen.

Um den Erdboden freizulegen, braucht man die Schläuche nur aufzurollen.

Im Frühjahr und Sommer kann der erfindungsgemäße Wärme­ austauscher in gewissen warmen Gegenden auch zur Klima­ tisierung dienen. Bestimmte Kulturen müssen vor zu gro­ ßer Hitze geschützt werden, so daß man die Umgebungs­ temperatur absenken muß, um sie nutzen zu können. Ande­ rerseits folgen in den gleichen Gegenden auf sehr heiße Tage sehr kühle Nächte. Diese Temperaturschwankungen sind schädlich für eine wirtschaftliche Nutzung der Kul­ turen. Der gewünschte Temperaturverlauf wird erreicht, indem die Schläuche durch die Versorgungseinrichtung mit entsprechend temperierter Flüssigkeit gespeist werden.

Es können auch starke Temperaturschwankungen während ei­ nes Tages auftreten. Die Wärmeträgheit von Treibhäusern ist verhältnismäßig gering. Das führt zu starkem Absin­ ken und Anstieg der Temperatur in verhältnismäßig kurzer Zeit. Durch die erfindungsgemäße Anlage können auch die Temperaturen in Gewächshäusern ausgeglichen werden. Be­ kanntlich hat Wasser einen großen Wärmeinhalt. Man kann daher durch einen einfachen Kreislauf von Wasser in den Schläuchen die Kulturen in den Gewächshäusern bei im wesentlichen gleichbleibenden Temperaturen halten. Wenn die so erhaltene Wärmeträgheit nicht ausreicht, kann man zur Vergrößerung des Wärmeinhalts einen Wasservorrat (Schwimmbecken) anschließen.

Wenn die Anlage direkt, ohne Zwischenschaltung von Wärme­ pumpen, mit warmen Industrieabwässern gespeist wird, kann erfindungsgemäß bei einer Ausführungsform ein unter Druck arbeitender Wärmeaustauscher zwischen den heißen Indu­ strieabwässern und der in den Schläuchen strömenden Flüs­ sigkeit vorgesehen sein. Diese Ausbildung trennt die bei­ den Flüssigkeiten wirksam voneinander und verhindert je­ den Eintritt von Industrieabwässern in die Heizflüssig­ keit der Gewächshäuser.

Die geringe Temperaturdifferenz zwischen der in den Schläuchen strömenden wärmeübertragenden Flüssigkeit und dem Erdboden, auf dem die Schläuche aufliegen, er­ fordert eine verhältnismäßig große Bedeckung des Bo­ dens, wobei vorteilhafterweise mindestens die Hälfte des Bodens durch die Schläuche bedeckt ist.

Es wurde gefunden, daß das in den Schläuchen strömende Wasser in bestimmten Fällen teilweise entgast. Das führt zur Bildung von Gasblasen, die an der oberen Wand des Schlauches haften. Dadurch wird der Wärmeaustausch zwi­ schen dem Wasser und dem Boden nicht verändert, jedoch der Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und der umgeben­ den Luft. Diese Erscheinung ist sehr störend, wenn die Schläuche beispielsweise zum Erwärmen eines Gewächshau­ ses dienen.

Um diesen Nachteil zu beheben, kann man die Schläuche in der in Fig. 7 gezeigten Form ausbilden. Der obere Teil der dünnen Wand 2 a ist zu einem Wulst 50 aufgefaltet, in dem ein Durchlaß 52 für das Gas parallel zum Durchlaß 2 b für die Flüssigkeit verläuft. Dieser Wulst 50 wird beispielsweise mittels Schweißpunkten 54 a, 54 b erhalten. Die Gasblasen gelangen durch die Zwischenräume 56, wel­ che zwei aufeinanderfolgende Schweißpunkte voneinander trennen, in den Durchlaßraum 52 und sammeln sich dort.

Die erfindungsgemäße Aufbodenheizung hat sich in der Praxis unter klimatisch ungünstigen kalten Bedingungen bewährt so­ wohl bei Kulturen üblicher einheimischer Pflanzen der ge­ mäßigten Zone wie auch bei Pflanzen der tropischen Zone und lieferte ausgezeichnete Ernteergebnisse bei Vermeidung von Schädlings- und Krankheitsbefall.

Claims (5)

1. Aufbodenheizung für Pflanzenkulturen in Form von nachgiebigen, länglichen, dünnwandigen, auf dem Erdboden aufliegenden Schläuchen mit Versorgungseinrichtungen, welche in den Schläuchen einen Film einer wärmeübertragenden Flüs­ sigkeit strömen lassen, dadurch gekennzeichnet, daß die fla­ chen, breiten Schläuche (2) polsterartig unterteilt (abge­ steppt) sind.

2. Aufbodenheizung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schläuche (2) Löcher (10) aufweisen, die durch sie von der einen zur anderen Seite durchgehen und vom Innenraum (2 b) der Schläuche durch eine dichte Schweiß­ naht (12), welche die beiden gegenüberliegenden Wände (2 a) der Schläuche miteinander verbindet, getrennt sind.

3. Aufbodenheizung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Löcher (10) der Schläuche durch ein Ver­ schweißen von zwei gegenüberliegenden Wänden (2 a) der Hülle in Form einer kreisförmigen Borte und Ausstanzen des Loches (10) im Inneren der Borte hergestellt sind.

4. Aufbodenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne obere Wand (2 a) jedes Schlauches (2) einen hohlen Wulst (50) aufweist, der einen Gasdurchlaßkanal (52) bildet, der vom übrigen Innenraum (2 b) des Schlauches durch regelmäßig über die Länge des Schlau­ ches verteilte Schweißpunkte (54 a, 54 b) getrennt ist.

5. Verwendung der Aufbodenheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Pflanzenkultur auf Unterlage, wobei die Gesamtheit der er­ wärmten Schläuche (2) wenigstens 50% der Erdbodenoberfläche bedeckt.