В сельском хозяйстве значительная часть энергопотребления приходится на культивационные сооружения, в том числе на отопление зимних теплиц для круглогодичного выращивания растений в закрытом грунте. Традиционные водяные и воздушные методы отопления зимних теплиц на практике не оправдывают себя экономически и энергетически. Водяное и воздушное отопление теплиц имеет многочисленные недостатки, связанные с габаритностью теплиц, утечками воды и тепла при транспортировке теплоносителя, сложностью автоматизации системы. Затраты на отопление теплиц занимают 30-60% от общих затрат, что не является эффективным.
В материале приведены выдержки из статьи: М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов. Исследование влияния различных факторов на тепловую мощность лучисто-конвективной системы отопления зимней теплицы.
Целью работы было исследование влияния температуры наружного воздуха, теплозащитных характеристик ограждения теплицы и поглощательной способности поверхности почвы на расчетную тепловую мощность системы обогрева. В исследовании применялся разработанный учеными метод расчета. Практическое применение результатов работы может быть использовано для оценки эффективности лучисто-конвективной системы отопления теплиц в конкретных климатических условиях.
Для решения проблемы неэффективности отопления современны теплицы должны соответствовать следующим параметрам:
– иметь оптимальные объемно-планировочные решения (например, зимние теплицы рекомендуется ориентировать коньками в направлении восток-запад, использовать неравные углы наклона кровли и т. п.);
– обладать высокими теплозащитными свойствами;
– максимально использовать солнечную энергию;
– иметь эффективную систему отопления в холодный период года
В работе изучался вариант комбинированной системы отопления, сочетающий конвективный обогрев с помощью приборов отопления с лучистой системой в виде потолочных инфракрасных обогревателей. Указывается, что такая система экономичнее водяного и воздушного отопления на 30%-50%. Экономия достигается за счет увеличения коэффициента использования топлива в 1,5-2 раза благодаря отсутствию промежуточных теплоносителей.
Отопление зимней теплицы предназначено для формирования необходимого для растений микроклимата. По сравнению с жилыми и общественными зданиями для теплицы важны не только температура и влажность внутреннего воздуха, но и температура грунта.
В статье приведен метод расчета, отражающий влияние различных факторов на создание необходимого теплового режима в теплице. Рассчитываются тепловые потери через ограждение теплицы и вентиляцию, тепловой поток между поверхностью почвы и внутренней поверхностью ограждения, конвективная составляющая теплообмена и другие факторы.
Расчеты производились на основе промышленной теплицы «Фермер».
Исходные данные для выполнения расчета:
1. Размеры (габариты) теплицы: ширина a = 7,45 м ; длина b = 8,40 м ; высота h = 3,80м .
2. Параметры поверхности почвы (огурцы до плодоношения в зимне-весенний оборот, согласно данным таблицы): температура tпов = 20 °С ; коэффициент поглощения A1 = 0,65 (коэффициент отражения R1 = 0,35 ); коэффициент теплового излучения (степень черноты) e1 = A1 = 0,65.
3. Параметры ограждения: материал – сотовый поликарбонат с термическим сопротивлением ограждения Rогр = 0,25 2 м K Вт × ; коэффициент поглощения A2 = 0,94 (коэффициент отражения R2 = 0,06 ); коэффициент теплового излучения (степень черноты) e2 = A2 = 0,94.
4. Расчетные параметры внутреннего воздуха (таблица): температура t вн.в = 22 °С ; относительная влажность jвн.в = 70
5. Расчетные параметры наружного воздуха для условий г. Вологды2 : температура tн.в = -32 °С ; относительная влажность jн.в = 85 % .
6. Параметры вентиляции: принудительная вентиляция с механическим побуждением; кратность воздухообмена nв =1,0 м мин 3 .
7. Параметры орошения: коэффициент орошения почвы kор =1 (орошается вся поверхность почвы в теплице).
В исследовании подтверждается закономерность, что с повышением наружной температуры уменьшаются тепловые потери через ограждение теплицы и в грунт, в связи с чем и уменьшается суммарная тепловая мощность лучисто-конвективного отопления.
Термическое сопротивление ограждения Rогр , 2 м K Вт, × играет важную роль в создании требуемого микроклимата в теплице. Использование сверхтонких светопрозрачных укрывных материалов в зимний период, особенно в северных регионах с холодным климатом, оказывается нецелесообразным. Ограждение теплицы является одной из основных проблем при строительстве культивационных сооружений с точки зрения энергосбережения, поскольку оно должно одновременно обеспечивать высокий уровень светопропускания и выполнять функции теплоизоляции.
Даже современные материалы, такие как сотовый поликарбонат с закрытой ячеистой структурой (сотами), обладают сравнительно невысокими теплоизоляционным качествами (например, при значительной толщине листа сотового поликарбоната d = 32 мм значение Rогр не превышает 0,83 2 м K Вт × ). Таким образом, увеличение термического сопротивления Rогр ведет к снижению расчетной тепловой мощности системы отопления.
Отмечается, что суммарный тепловой поток Qсум , Вт , уменьшается не так интенсивно, как ожидалось. Это связано с тем, что при расчетной температуре наружного воздуха tн.в = -32 °С основная часть тепловой энергии расходуется на нужды вентиляции с целью организации необходимого воздухообмена в помещении. Кроме того, происходит постепенное перераспределение тепловой нагрузки на отопление: для получения суммарной тепловой мощности Qсум при снижении лучистой составляющей Qизл наблюдается заметный рост Qнагр .
Способность почвы поглощать или отражать тепловую энергию также влияет на тепловой и материальный баланс почвы и теплицы в целом. С целью поддержания требуемой температуры внутреннего воздуха и грунта тепловая мощность Qизл , согласно формуле, должна увеличиваться при росте коэффициента поглощения A . При постоянной суммарной тепловой мощности системы отопления Qсум увеличение лучистой составляющей Qизл закономерно ведет к уменьшению тепловой мощности конвективного обогрева помещения Qнагр .
Источник: М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов. Исследование влияния различных факторов на тепловую мощность лучисто-конвективной системы отопления зимней теплицы.
Инфракрасные обогреватели АйРэд, официальный сайт