Электрообогрев почвы и воздуха

Для обо­грева воздуха применяют косвенный нагрев методом сопротивления. Для обогрева почвы - прямой нагрев сопротивлением и косвенный индукционный нагрев.

В парниках и теплицах распространены элементный и электро­калориферный способы нагрева. Для этих целей в качестве на­гревательных элементов используют стальную неизолированную оцинкованную проволоку диаметром 2...6 мм, нагревательные провода ПОСП, ПОСХВ, ПОСХВТ, ПНВСВ и кабели.

Для обогрева почвы нагреватели из стальной неизолирован­ной проволоки размещают в асбоцементных или гончарных тру­бах диаметром 100... 150 мм, которые укладывают в песке под слоем почвы (рис. 11.1, а). При обогреве воздуха такие нагре­вательные элементы монтируют вдоль стен на крюках. На­греватели нескольких парников соединяют последовательно и подключают к питающей сети напряжением 380/220 В, их удель­ная мощность составляет до 100 Вт/м.

Рис. 11.1. Электрообогрев парников:

а — стальной проволокой в изоляционных трубах;

б — неизолированной стальной про­волокой;

1 и 2 — элементы почвенного и воздушного обогрева; 3 — рама; 4 — опорная стенка; 5 — шлак; 6 — песок; 7 — почва; 8 - защитная сетка

Нагревательные элементы такого типа надежно защищены от механических повреждений трубами, что обеспечивает без­опасность их обслуживания при питании сетевым напряжением. Трубы способствуют более равномерному нагреву почвы. Однако широкое применение трубчатых нагревательных элемен­тов ограничено малым сроком их службы (2...3 сезона), дефи­цитом асбоцементных труб. Кроме того, при монтаже нагрева­тельных элементов воздушного обогрева в парниках теряется до 20% полезной площади.

Нагревательные элементы из стальной неизолированной про­волоки без труб (рис. 11.1,б). В этом случае для обогрева почвы проволоку диаметром 4... 7 мм укладывают параллельными нитями вдоль парника в слое песка толщиной 100... 150 мм, находящегося под почвой. Песок, об­ладающий хорошими теплопроводящими свойствами, улучшает теплоотдачу проволоки и способствует выравниванию темпера­туры в почве. Удельная мощность нагревательных элементов — 16... 25 Вт/м; напряжение питания —12... 60 В. Во избежание интенсивного высушивания почвы температура проволоки не должна превышать 40 °С. Нагревательные элементы для обогре­ва воздуха монтируют на роликах, укрепленных на опорных стенках.

Этот способ обогрева характеризуется простотой конструк­ции нагревательных элементов, их высокой эксплуатационной Надежностью и долговечностью, равномерным распределением температуры в почве. Однако он связан с необходимостью при­менения понижающих трансформаторов.

При использовании нагревательных проводов и кабелей их укладывают так же, как и нагревательные элементы из сталь­ной неизолированной проволоки.

Расстояние между проводами выбирают таким образом, чтобы неравномерность температуры на поверхности почвы не превышала 3... 5 °С. Для защиты нагревательного провода от механических повреждений его заливают цементно-песочной смесью (1: 10), образующей прочный слой толщиной 4... 5 см, или в песок над проводом на расстоянии 50 мм укладывают металлическую сетку с ячейками 50x50 мм. Сетку присоединя­ют к нулевому проводу сети.

В сооружениях защищенного грунта обогрев нагревательным проводом — один из наиболее распространенных способов. Его достоинства заключаются в равномерности обогрева почвы, от­сутствии понижающих трансформаторов, а недостаток — в сложности замены нагревательного элемента.

Для обогрева почвы парников и теплиц применяют нагрева­тельные провода и стальную неизолированную проволоку, уло­женные в монолитные асфальтобетонные блоки размером 0,5X0,5X0,6 м. Нагревательные элементы отдельных блоков со­единяют последовательно при помощи сварки. При напряжении питания 380/220 В нагревательное устройство представляет со­бой 60 блоков, соединенных последовательно.

Достоинства такого способа обогрева заключаются в исполь­зовании недефицитных материалов, возможности изготовления блоков промышленным и хозяйственным способами, высокой их механической прочности и долговечности, большей теплоаккумулирующей способности; недостатки — в большой трудоемко­сти работ по изготовлению блоков и монтажу нагревательного устройства, низкой надежности мест соединения отдельных бло­ков.

Эти недостатки отсутствуют в асфальтобетонном нагревательном устройстве размером 21,2x1,3x0,8 м, предназначен­ном для обогрева стандартно­го 20-рамного парника. Нагре­вательный элемент, конструктивно представляющий собой неизо­лированную стальную проволоку диаметром 3 мм и длиной 350 м, уложенную зигзагообразно в монолитном асфальтобетонном блоке, получает питание от сети напряжением 380/220 В. При использовании крупногабаритных нагревательных устройств и соответствующих технических средств их доставки и монтажа значительно снижается трудоемкость строительно-монтажных работ. Большая теплоаккумулирующая способность асфальтобе­тонных обогревательных блоков дает возможность использовать электроэнергию с высокой эффективностью и экономичностью, аккумулируя тепловую энергию в часы минимальной загрузки электроснабжающих систем.

Обогрев почвы при помощи электрокалориферов применяют в весенних теплицах, парниках и пленочных укрытиях. Нагрева­тельное устройство представляет собой асбоцементные или гон­чарные трубы, уложенные в подогреваемый почвенный слой. По торцам трубы сообщаются с воздуховодами в виде кирпичных или сборных железобетонных каналов, смонти­рованных по периметру квартала парников. Электрокалорифе­ры для подогрева воздуха устанавливают в специальных поме­щениях. Для этой цели пригодны электрокалориферные установки типа СФОЦ с плавным регулированием теплопроизводительности. По системе воздуховодных каналов (рис. 11.2) подается подогретый воздух в подпочвенные трубы и возвращается ох­лажденный к калориферам.

Рис. 11.2. Электрокалориферный обо­грев парников:

1 — электрические калориферы; 2 — воздуховодные каналы;

3 — греющие трубы

Данный способ обогрева отличается электробезопасностью, простотой эксплуатации и автоматизации. Однако он характе­ризуется неравномерностью распределения температуры в поч­венном слое и дополнительными потерями в воздуховодных каналах.

Электродный обогрев почвы основан на использовании ее электропроводности. При помощи металлических электродов че­рез почву пропускается электрический ток, нагревающий ее. Электроды изготавливают из листового или пруткового мате­риала и располагают в почвенном слое вдоль или поперек пар­ника. Этот способ отличается простотой и не связан с использо­ванием дефицитных материалов. Однако он практически не применяется из-за большой металлоемкости, невозможности равномерного распределения температуры в почвенном слое и повышенной опасности поражения электрическим током при пи­тании от сети 380/220 В.

Электродный нагрев используют в сооружениях защищенного грунта при стерилизации почвы, проводимой для борьбы с вре­дителями и болезнями, разогреве компостов и парниковой поч­вы, уложенной в штабеля на зиму.

Для обогрева почвы применяют также электротермические устройства, реализующие косвенный индукционный нагрев. Для этого внутри замкнутого магнитопровода, представляющего со­бой стальные водопроводные или газовые трубы, проложенные в песке под почвенным слоем, помещается индуктирующая об­мотка из изолированного медного или алюминиевого провода. Индукционные нагревательные устройства не получили широко­го распространения из-за большой металлоемкости, трудоемко­сти изготовления, низкого коэффициента мощности при экс­плуатации.

Мощность системы обогрева культивационных сооружений должна быть достаточной для компенсации мощности тепловых потерь

P = k₀ F (t_B - t_H),

Р — мощность системы обогрева, Вт; k₀ — коэффициент теплопередачи через ограждение, Вт/(м²-°С); F - площадь поверхности ограждения, м²; t_B — температура воздуха в сооружении, °С;

t_H — расчетная температура на­ружного воздуха, °С.

Коэффициент теплопередачи k₀ приведенный к единице пло­щади поверхности ограждения и к температурному перепаду t_В - t_Н учитывает передачу теплоты в грунт и через ограждения сооружения наружному воздуху. Коэффициент рассчитывают, используя положения теории теплопередачи и опыт эксплуата­ции теплиц.

Расчетная температура t_H наружного воздуха для конкретного климатического района соответствует тому периоду эксплуатации, когда сооружение имеет наибольшие потери теп­лоты.

Ориентировочно мощность, Вт, системы обогрева

P = р_F × F

где р_F — удельная поверхностная мощность обогрева, Вт/м².

В зависимости от климатического района для парников и малогабаритных укрытий р_F = 150...200 Вт/м², для весенних теплиц р_F = 100... 160 Вт/м². Соотношение мощностей почвенно­го и воздушного обогрева для парников и малогабаритных укры­тий принимают 1:(1-2),для теплиц -1:(2-3).

Нагревательные элементы почвенного и воздушного обогре­ва рассчитывают отдельно, используя, например, принципы, из­ложенные в разделе 5.4.

Автоматическое управление мощностью нагревательных эле­ментов позволяет создать оптимальный температурный режим почвы и воздуха, снизить потребление электроэнергии.

Рис. 11.3. Электрическая схема управления почвенными

нагревательными элементами

Комплектное устройство типа КЭПТ, помимо поддержания заданной температуры почвы, управляет ее поливом и увлаж­нением воздуха в сооружениях защищенного грунта.

На рисунке 11.3 показана принципиальная электрическая схема управления почвенными нагревательными элементами ЕК1... ЕКЗ. Управляют мощностью элементов тиристоры VS1... V S6, включенные попарно встречно-параллельно. От­крываются и закрываются они контактами реле KV1 при замы­кании и размыкании цепей. Реле KV1 включается контактами UK1 двухпозиционного регулятора температуры. Реле време­ни КТ1 в зависимости от положения переключателя SA4, изме­няя соотношение времени включенного и отключенного состоя­ния, выполняет две программы работы, обеспечивающие 50% и 25% мощности нагревательных элементов. Кроме того, благо­даря реле КТ1 система обогрева работает по заданной про­грамме, исходя из графика загрузки энергосистемы.

Защитное отключение системы обогрева при токах утечки более 100 мА выполняет устройство AF, при срабатывании ко­торого получает питание катушка независимого расцепителя автоматического выключателя QF1. Контакты выключателя SQ блокируют работу системы обогрева при открывании двери на входе в культивационное помещение. Блок световой сигнализа­ции индуцирует наличие питающего напряжения на нагрева­тельных элементах. При помощи переключателя SA1 и вольт-Метра РV контролируют целостность нагревателя при закрытых тиристорах VS1... VS6. Переключателями SA2 и SA3 устанав­ливают ручной или автоматический режим работы нагрева­телей.

2. Особенности эксплуатации электротермических устройств

и техника безопасности

Техническое обслуживание электротермических устройств в сооружениях защищенного грунта проводят через три месяца непрерывной работы, а текущий ремонт — один раз в год, обычно осенью до наступления холодов и замерзания почвы. Ремонтные работы, а также работы по техническому об­служиванию разрешается выполнять только при отключенном напряжении.

При техническом обслуживании проверяют равномерность обогрева почвы в соответствии с агротехническими требования­ми, надежность контактных соединений в сети подключения на­гревательных элементов. Значение переходного сопротивления контактных соединений не должно превышать 0,1 Ом. Измеря­ют сопротивление изоляции нагревательных элементов, выпол­ненных проводами и кабелями, относительно земли и между фа­зами, которое должно быть не менее 0,5 МОм. Проверяют, надежно ли присоединены к нулевому проводу все металличе­ские кожухи, сетки, а также корпуса электрооборудования.

В каждом хозяйстве, использующем электротермические уст­ройства для обогрева воздуха и почвы в сооружениях защищен­ного грунта, должны быть разработаны инструкции по эксплуа­тации, определяющие права, обязанности и ответственность об­служивающего персонала, порядок технического обслуживания и ремонтов.

Сооружения защищенного грунта, оборудованные электро­термическими устройствами для нагрева почвы и воздуха, име­ют повышенную опасность поражения электрическим током. По условиям обеспечения электробезопасности теплицы и пар­ники с электрообогревом делят на категории А и Б.

К категории А относятся сооружения защищенного грунта, в которых для питания нагревательных элементов используют напряжение выше 65 В, а нагрев почвы и воздуха осуществля­ется неизолированными электронагревательными устройствами. Сюда входят устройства электродного и элементного нагрева с нагревателями из неизолированной проволоки, из проводов ти­пов Л06ХВ, ПОСХП, ПОСХВТ и ПНВСВ без применения ме­таллической экранирующей сетки, а также из неизолированной проволоки в асфальтобетонном монолите.

К категории Б относятся сооружения защищенного грунта, в которых для питания электротермических устройств исполь­зуют напряжение ниже 65 В, а также напряжение выше 65 В, если нагревательные элементы выполнены из обогревательных проводов типов ПОСХВ, ПОСХВТ и ПНВСВ с применением металлической экранирующей сетки или устройства защитного отключения, а также с прокладкой нагревательных элементов в асбоцементных трубах.

Запрещается проводить какие-либо работы в парниках и теплицах категории А, если устройства электрообогрева нахо­дятся под напряжением. Парники и теплицы этой категории об­носят сплошным забором высотой не менее 2 м, который дол­жен отстоять от ближайших сооружений на расстоянии не ме­нее 1м.

В сооружениях защищенного грунта, относящихся к катего­рии Б, разрешается при включенном обогреве выполнять рабо­ты, используя инструмент с изолирующими рукоятками, если при этом не требуется его погружения в почву на глубину бо­лее 25 см.

Дата добавления: 2014-01-04