Расчет теплового баланса. Система вентиляции теплиц

Система полива растений

В теплице предусмотрена система автоматического полива растений включающая в себя следующие элементы.

От трубопровода по патрубку вода через вентиль поступает в резервуар где отстаивается. После отстоя вода посредством насоса по трубопроводу поступает через вентиль в резервуар, который служит для создания в нем питательного раствора.

Вентиль может работать автономно от датчиков уровня или от блока управления.

При заполнении резервуара вентиль закрывается.

По программе полученный питательный раствор с помощью насоса и гидропереключателя подается в трубопровод системы полива.

Блок управления по программе контролирует заполнение резервуара по датчикам уровня, установки в резервуаре, которые подключаются к блоку.

Система располагается в самой теплице, т.к. при использовании теплицы в зимний период вода в баках замерзнет.

В типовых проектах крупных промышленных теплиц системы отопления и вентиляции уже рассчитаны для конкретного климатического района и имеют вполне определенные конструктивные решения в зависимости от температуры используемого теплоносителя. Системы отопления промышленных зимних теплиц рассчитываются на поддержание Внутренней температуры +15 °С при снижении температуры наружного воздуха до -25, -35 и -40 °С.

При выборе соответствующего проекта теплицы для конкретного населенного пункта необходимо знать расчетные климатические характеристики местности. За расчетную температуру наружного воздуха принимают среднюю многолетнюю температуру самых холодных суток года. Правильный выбор соответствующего проекта означает, что система отопления теплицы должна быть рассчитана на температуру ниже, чем расчетная температура наружного воздуха данного района. Так, для Казахстана расчетная температура наружного воздуха составляет - 31 ºС, и это означает, что в Казахстане и в Казахстанской области нужно строить теплицы с системой отопления, рассчитанной на температуру - 35 °С.

Если теплицу предприятие или индивидуальный владелец строит самостоятельно, то возникает необходимость в дополнительном расчете и конструировании систем отопления и вентиляции.

Существуют несколько методов теплотехнического расчета теплиц. Более сложные, дающие большую точность, используются в особо ответственных случаях и при проектировании принципиально новых сооружений.

Во всех остальных случаях применяются упрощенные методы, которые вполне приемлемы для практических расчетов, тем более если существует аналогичное техническое решение для более крупной теплицы.

В основу всех методов теплотехнического расчета теплицы положен анализ теплового баланса, т. е. алгебраической суммы всех тепловых потоков в сооружении. В статическом режиме, т. е. в периоды, когда температуры внутри и снаружи теплицы постоянны, тепловой баланс равен нулю.

В этом случае приходные составляющие потоков тепла равны расходным, в результате чего наблюдается равновесие температур. При переходных, или динамических, режимах соотношение между притоком и расходом тепла изменяется и температура в теплице; будет либо повышаться, либо понижаться в зависимости от этого отношения. Тепловые потоки, способствующие нагреванию теплицы, принято считать положительными, а тепловые потоки, вызывающие понижение температуры, отрицательными.

Одни тепловые потоки могут быть только положительными или только отрицательными, другие в зависимости от температуры меняют направление их называют знакопеременными.

Как правило, тепловой баланс теплицы рассчитывается для определенного периода времени.

Например, при определении мощности (теплопроизводительности) системы отопления пользуются составляющими теплового баланса за секунду или за час, расчет потребляемой тепловой энергии ведется за сутки, месяц или год.

Составляющие теплового баланса для всего сооружения в целом обозначаются прописными латинскими буквами, а удельные тепловые потоки, отнесенные к единице площади сооружения, строчными буквами.

В международной системе единиц СИ для измерения тепловых потоков служит джоуль (Дж, МДж, ГДж). Несистемной единицей является калория (кал, ккал, Мкал, Гкал). Интенсивность теплового потока (тепловая мощность) измеряется в ваттах (Вт, кВт, МВт). Несистемной единицей является калория в минуту (или час). Соотношения между несистемными единицами и единицами СИ следующие: 1 Дж = 4,19 кал, 1 Вт =0,86 ккал/ч.

В зависимости от целей и требуемой точности расчетов в каждом конкретном случае в тепловой баланс включают все или несколько составляющих. Например, при расчете требуемой тепло производительности системы отопления исключают составляющую солнечной радиации, так как расчет ведут для самого холодного периода суток ночи.

При расчетах систем вентиляции не учитывают теплоотдачу системы отопления, поскольку режим вентиляции осуществляется в основном в летний период, при отключенном отоплении.

Проникающая солнечная радиация. В справочной литературе о климате приводятся сведения о приходе солнечной радиации на горизонтальную поверхность за час, сутки, месяц и год. Доля солнечной радиации, проникающей в теплицу, зависит от времени года, географического положения, конструктивных особенностей сооружений и чистоты светопрозрачного ограждения. Эта совокупность факторов характеризуется коэффициентом проницаемости (Кпр) для новых теплиц, значения которого в зависимости от времени года.

Теплоотдача системы отопления.

Значения тепловых потоков от теплотехнического оборудования зависят от площади теплообменных поверхностей, температурного перепада и интенсивности теплообмена, определяемого коэффициентом теплопередачи.

Потери тепла через ограждение. Любое сооружение теряет тепло из-за теплопередачи через ограждение, регулируемого и нерегулируемого воздухообмена. Наиболее значительные потери тепла, особенно в зимнее время, наблюдаются через элементы ограждения.

Потери тепла вследствие инфильтрации.

Теплопотери, связанные с нерегулируемыми воздухообменом и вентиляцией теплицы, как правило, определяются опытным путем, поскольку методы расчета этих составляющих достаточно сложны и трудоемки.

Потери тепла, обусловленные проникновением холодного воздуха через неплотности в ограждения (инфильтрацией), на основании экспериментальных исследований рассчитываются в зависимости от теплопотерь через ограждение и составляют в среднем 20% теплопотерь через ограждение: Оинф 0,2Qorp.

Теплообмен с окружающей средой через вентиляционные отверстия. Потери тепла через фрамуги, кВт, зависят от площади фрамуг, скорости движения воздуха в вентиляционных проемах и разности температур воздуха внутри и снаружи теплицы: VBeHT pSVYBCB(tBH-tH).

Теплообмен с растениями и почвой. Температура воздушной среды теплицы зависит не только от воздействия солнечной радиации и систем отопления и вентиляции, но и от взаимодействия воздушной среды с почвой и растениями. И почва, и растения в основном взаимодействуют с воздухом путем конвективного теплообмена и испарения влаги, причем вследствие небольшой разности температур между почвой и воздухом, с одной стороны, и растениями и воздухом, с другой, теплообмен путем испарения значительно превышает конвективную составляющую.

В вентиляции нуждается любая теплица, но наибольшее значение проветривание имеет при выращивании в условиях парника рассады. Если всходы не закаливать, то после пересадки в открытый грунт они могут не прижиться. Но сильные сквозняки и переохлаждение наносят немалый вред развивающимся растениям. Поэтому интенсивность воздухообмена в теплице должна постоянно регулироваться.

Для вентиляции теплицы из поликарбоната оборудуются форточками, которые подразделяются на два типа: классические и в форме жалюзи. Конструкция форточек-жалюзи более сложная, но она способствует равномерному поступлению воздуха внутрь помещения. Благодаря этому в теплице не возникают сквозняки. Системы автоматической вентиляции, устанавливаемые в теплицы из поликарбоната, подразделяются на следующие виды:

- электрическая;

- гидравлическая;

- биметаллическая;

- пневматическая.

Электрические системы вентиляции теплицы из поликарбоната

Воздухообмен в теплице может обеспечиваться системой приточной вентиляции. Она настраивается на включение через определенные промежутки времени или при изменении требуемой температуры внутри помещения.

При настройке термореле на срабатывание при определенной температуре микроклимат в теплице будет поддерживаться без участия садовода.

Отводится застоявшийся и теплый воздух с помощью вытяжных вентиляторов.В качестве циркуляционного можно установить бытовой вентилятор с достаточной мощностью либо на противоположные стены помещения разместить 2 бытовых прибора средней мощности.

Такие же вентиляторы можно установить снаружи для вытяжки.

В другом варианте воздухообмен в теплице осуществляется открытием форточек и фрамуг в автоматическом режиме. Но этот способ предполагает достаточно сложный и затратный монтаж сервоприводов устройства.

При использовании электрических систем вентиляции прекращение подачи электроснабжения может повлечь гибель растений.

Организация бесперебойного питания с помощью солнечных батарей на крыше постройки не решает полностью проблему из-за недостаточной мощности и низкого КПД подобных источников энергии.

Гидравлические автоматические устройства проветривания

Функционирование гидравлического устройства автоматической вентиляции основано на действии гидроцилиндра, состоящего из штока, трубы и уплотнительных колец.

Залитое в цилиндр масло при повышении температуры воздуха в помещении расширяется. Если верно рассчитать объем цилиндра и диаметр штока, при нагреве воздуха в диапазоне от 10 до 30 °С шток выдвигается на высоту до 40 см. Усилия гидроцилиндра будет достаточно для открытия фрамуг.

Устройство монтируется на коньке крыши строения при помощи кронштейнов. Конец штока крепится к верхним фрамугам через гибкие тяги. Под действием расширяющегося масла шток одновременно открывает все фрамуги.

По мере поступления более холодного воздуха температура в теплице к вечеру понижается. Масло при остывании уменьшается в объеме. Шток под тяжестью фрамуг втягивается в цилиндр. Ничем не удерживаемые, они закрываются.

Если изменять места крепления троса к фрамугам, можно отрегулировать ширину их открытия под действием штока. Схема крепления довольно проста, но следует помнить, что цилиндр не должен нагреваться от прямых лучей солнца. При монтаже следует установить для устройства защитный экран. Таким образом, с использованием простейшего механизма обеспечивается автоматическое управление вентиляцией теплицы.

Недостаток этого устройства – инерционность процесса. При понижении наружной температуры полное закрытие фрамуги происходит довольно медленно. За это время может произойти негативное воздействие холодного воздуха на растения.

К тому же подобный принцип работы устройства сложно приспособить для открытия форточек. Плюсом такого приспособления является надежность, дешевизна и простота монтажа.

В специализированных магазинах не так давно появились компактные гидравлические устройства для автоматического проветривания теплицы. Их необходимо устанавливать непосредственно на каждую фрамугу или форточку.

Автоматика для вентиляции биметаллического и пневматического действия

Устройство для автоматического проветривания теплицы, работающее по этой технологии, использует свойство металлов под воздействием температуры расширяться в различной степени. Рычаг состоит из двух соединенных пластин, имеющих разные коэффициенты линейного расширения.

При нагревании одна из пластин выгибается и толкает форточку или фрамугу. При охлаждении рычаг выпрямляется и закрывает проем. К конкурентным преимуществам устройства относится простота установки, дешевизна и долговечность использования. Недостатки приспособления – сложность настройки действия рычага под определенную температуру воздуха и малая сила давления для открытия больших фрамуг.

Для небольших теплиц несложно изготовить самостоятельно систему для автоматического проветривания пневматического действия. Рабочим телом в таком регуляторе становится сам воздух, изменяющий свой объем при нагревании. Устройство состоит из таких несложных элементов, как:

- емкость из тонкого дюралюминия;

- футбольная камера;

- поворотный клапан;

- смотровая крышка;

- толкающее звено.

Футбольная камера (исполнительный элемент) соединяется шлангом с расширительной емкостью объемом в 30 л. При нагреве воздуха теплицы из поликарбоната свыше 25°С в расширительном баке его температура также повышается. При увеличении объема воздуха в замкнутой системе он заполняет камеру футбольного мяча. Камера, расширяясь, воздействует на поворотный клапан, который приходит в движение и открывает створку фрамуги толкающим звеном.

После понижения температуры воздуха в помещении камера сдувается и фрамуга закрывается под собственным весом. Автоматическое проветривание таким способом может работать не один сезон без участия садовода. Оно легко настраивается с учетом требуемых условий в теплице. Во всех отделениях теплицы площадь открывающихся фрамуг составляет до 25% общей площади кровли теплицы. Данная площадь вентиляционных проемов позволяет обеспечить поступление необходимого объема наружного воздуха в блок теплиц для поддержания в них оптимальных температурных параметров.

Для создания затенения в теплицах при интенсивной солнечной радиации в весенне-летний период, а также для сохранения тепла в ночное время и периоды с наиболее низкой наружной температурой предназначена система горизонтального теплозащитного и светоотражающего шторного экрана. Горизонтальное зашторивание осуществляется тканью из полимерных материалов и обеспечивает практически полное перекрытие верхней части теплицы.

Конструкции механизма зашторивания выполнены отдельно для каждого из отделений блока теплиц. Каждая конструкция механизма зашторивания обеспечивает перемещение экрана одновременно во всех пролетах от двигателя, кинематически связанного с реечными редукторами, которые передвигают штанги и растягивают шторный экран в плоскости верхнего пояса ферм. Шторный экран открывается и закрывается по мере необходимости в автоматическом режиме, по сигналу автоматизированной системы управления микроклиматом или оператором дистанционно. Система отопления предназначена для поддержания температурного режима в объёме теплицы в соответствии с технологическими требованиями.

Предусматривается обогрев теплицы с помощью многоконтурной системы отопления. Система капельного питания предназначена для приготовления и подачи питательного раствора минеральных удобрений к растениям, выращиваемым по методу малообъемной технологии на органических и неорганических субстратах.

Система позволяет осуществлять приготовление питательного раствора нужной концентрации и транспортировать его в корневые зоны каждого растения через распределительную сеть и капельницы. Использование системы капельного полива в технологическом цикле производства продукции защищенного грунта позволяет оптимально планировать полив в течение суток.

Дата добавления: 2017-01-13