Основные теплотехнические требования: обеспечивать требуемые температуры воздуха в рабочем объеме, листьев растений, корнеобитаемого слоя почвы; локализовывать холодные потоки воздуха в пристенной зоне; обеспечивать снеготаяние на кровле.
Вспомогательные требования: способствовать борьбе с перегревом в весенне-летний период; не ухудшать светового режима и не снижать фотосинтеза; уменьшать инфильтрацию через наружные ограждения; создавать требуемую подвижность воздуха,
Требования к управляемости системой: подавать в сооружение необходимое количество теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, снегопада и отсутствия снега на кровле; обладать малой инерционностью.
Конструктивные требования: не мешать технологическому процессу; не занимать полезную площадь.
Эксплуатационно - экономические требования: надежность в эксплуатации; индустриальность; экономичность в расходе металла и электроэнергии; минимальные приведенные затраты; долговечность; небольшие затраты, на заработную плату обслуживающему персоналу.
Также следует отметить, что системы отопления теплиц в нашей стране проектируются с учетом требований СП, СНиП, пособий к СНиП, типовых проектных решений и др.
Отопление теплицы осуществляется зональными водяными системами (цокольной, шатровой, надпочвенной, подпочвенной, контурной) и одной воздушной.
(1)
Рисунок 1. - Система отопления теплицы
1-цокольный обогрев; 2-шатровый обогрев; 3-лотковый обогрев;
4-надпочвенный обогрев; 5-подпочвенный обогрев; 6-контурный обогрев.
В теплицах системы отопления могут быть с различными видами теплоносителя – водой, воздухом, паром, газом. Наиболее распространенным в настоящее время является водяной обогрев. При устройстве водяного отопления для обогрева различных зон следует предусматривать несколько систем:
— шатрового обогрева – для обеспечения снеготаяния и поддержания требуемого температурного режима в верхней зоне;
— цокольного обогрева – для локализации холодных потоков в пристенной зоне;
— контурного подпочвенного обогрева – для предотвращения промерзания почвы в пристенной зоне;
— основного подпочвенного обогрева – для создания требуемого температурного режима в корнеобитаемом слое почвы;
— надпочвенного обогрева – для обеспечения равномерности температур в надпочвенной зоне.
Температура теплоносителя для шатрового, цокольного и надпочвенного обогрева tг=95°С, tо= 70°С; для подпочвенного tг= 45°С, tо= 30°С. Для контурного подпочвенного отопления возможно использование высокотемпературного теплоносителя с tг= 130…150°С, tо = 70°С.
Нагревательные приборы всех систем, кроме основной подпочвенной – стальные гладкие трубы или регистры из них.
Типовые решения систем отопления из гладкотрубных регистров представлены в т.п. теплиц 810-98. Для основного подпочвенного обогрева могут использоваться асбестоцементные или пластмассовые трубы.
Температурный режим теплиц в холодный и переходный периоды года определяется соотношением теплопоступлений и теплопотерь сооружения и зависит от принятого культурооборота.
Мощность системы отопления в культивационных сооружениях определяется из уравнения теплового баланса:
(2)
Основные потери теплоты в теплицах происходят через наружные ограждения: стены и скаты. Тепловой поток через вертикальные ограждения различен в своих значениях в зависимости от высоты. В нижней части, где расположены отопительные приборы цокольного обогрева, он выше, поэтому потери теплоты через стены надо рассчитывать по зонам.
Температура боковых ограждений в пределах высоты нагревательных приборов больше, чем в верхней зоне на 5…15°С в зависимости от вида нагревательного прибора, расстояния до ограждения, температуры теплоносителя и наружного воздуха, скорости ветра.
Вертикальное ограждение в пределах высоты нагревательного прибора получает теплоту в результате конвекции от воздуха, омывающего стену за нагревательным прибором, и в результате излучения труб цокольного обогрева.
Теплопотери через кровлю задаются из условия обеспечения снеготаяния, а теплопотери через грунт рассчитываются по зонам или принимаются в процентах от теплопотерь через ограждения (=15...20%).
Количество теплоты, необходимой на нагрев инфильтрующегося воздуха, равно:
, (3)
где –расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч.
Удельные потери теплоты в культивационных сооружениях равны 100...200 Вт/м3, расходы на обогрев сооружения составляют 50 % себестоимости продукции, поэтому в теплицах особенно большое значение имеет изыскание возможностей экономии теплоты.
Экономия теплоты может быть достигнута уменьшением теплопотерь и рациональным устройством и регулированием систем отопления.
Для снижения теплопотерь следует увеличивать сопротивление теплопередаче отдельных участков наружных ограждений. Дополнительную теплоизоляцию обычно устраивают в нижней части стен, максимально до уровня лотка. Наиболее простым решением можно считать установку между трубами цокольного обогрева и наружными ограждениями экрана из полиэтиленовой пленки. Основным термическим сопротивлением в этом случае является сопротивление воздушной прослойки между пленкой и ограждением. По высоте экрана, равной 20 % всей высоты ограждения, экономия теплоты составляет до 5...8%. Экраном могут служить листы какого-либо теплоизоляционного материала, например стиропора, закрытые со стороны, обращенной в теплицу, полиэтиленовой пленкой.Такая теплозащита при толщине стиропора 1 см дает экономию теплоты в размере до 30 %. Эффективным является также устройство экрана из пленки с покрытием из алюминиевой фольги, позволяющее уменьшить теплопотери на 20...30 %. В почве по контуру теплицы следует делать теплоизоляционный пояс.
Рисунок 2 – Теплоизоляция
ограждений теплицы:
1 – воздушная прослойка;
2 – стиропор 10…22 мм;
3 – пленка; 4 – теплоизоляционный пояс по контуру теплицы.
Системы шатрового обогрева следует рассчитывать на два режима работы: на максимальную нагрузку в периоды снегопадов и на рабочую, обеспечивающую только требуемый температурный режим в верхней зоне. Изменение теплоотдачи труб возможно путем изменения расхода теплоносителя или его температуры. Можно устраивать две отдельные системы шатрового обогрева, но на это потребуется дополнительный расход труб.
Потери теплоты через грунт Qгр, Вт, входящие в формулу теплового баланса теплицы в холодный период года, в культивационном сооружении отличаются от рассчитанных по традиционному способу по зонам. Расчет потерь теплоты через грунт по зонам дает завышенные на 15…17 % значения, которые не соответствуют действительному распределению потерь теплоты по площади сооружения. Известно, что в средней полосе России удельные потери теплоты через грунт в зимней блочной теплице составляют 6…8 Вт/м2.
Мощность зональных систем отопления регулируется в зависимости от многих факторов, например, в зависимости от высоты растений и периода года. Для низких растений достаточно прогревать зону высотой до 0,5 м от поверхности грунта, затем постепенно по мере роста растений увеличивать высоту обогреваемой зоны. За счет отопления лишь части пространства в ранние периоды развития растений можно достичь существенной экономии теплоты. Теплопотери теплиц в дневное и ночное время суток различны.
Поэтому требуемую мощность системы отопления следует определять для каждого периода и принимать большую из полученных величин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Свод правил СП 60.13330.2012 "СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха" (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. N 279).
Пособие по проектированию теплиц и парников: (к СНиП 2.10.04-85)/ Гипронисельпром. – М.: Стройиздат, 1988. – 72 с.
Бодров В.И. Микроклимат производственных сельскохозяйственных зданий и сооружений / В.И. Бодров, М.В. Бодров, Е.Г. Ионычев, М.Н. Кучеренко. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2008. – 623 с.
Бодров, В.И. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий / В.И. Бодров, А.Г. Егиазаров, Е.С. Козлов. – Н.Новгород: Изд-во НГАСА, 1995 – 130 с.
Малышев Н.А. Воздушный режим теплиц в теплый период года/ Н.А. Малышев. Конференция магистрантов. Сборник статей. Кафедра отопления и вентиляции.- Н. Новгород: ННГАСУ, 2016.
Федеральная служба государственной статистики [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.gks.ru/