10138

Температура наружного воздуха при расчетах принята tн = 30 °С, Pr =

0,743, теплопроводность воздуха в = 0,022 Вт/(м·°С), кинематическая вязкость

Численный множитель в выражении (7.18) изменяется незначительно. В

диапазоне отрицательной температуры до 40 °С он равен 5,2…5,8 Вт/(м2·°С).

При скорости ветра vн = 3…4 м/с коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности αнк лежит в пределах 13...17 Вт/(м2·°С) [1].

При направлении ветра, перпендикулярном стене, интенсивность тепло-

Лучистый теплообмен

В расчетах теплового баланса, когда температура верхних листьев в.л, °С,

или ската теплицы τв, °С, является искомой величиной, теплоотдача излучением верхних листьев на поверхность скатов определяется из выражения:

где b = 0,81 + 0,01( в.л + в) / 2.

Суммарную площадь поверхности верхних листьев ав.л, м2, участвую-

щих в теплообмене со скатами, принимаем в первом приближении равной гео-

метрической площади одного пролета.

Теплоотдача излучением от труб шатрового отопления на кровлю опре-

деляется по уравнению, аналогичному (7.20). Коэффициент облученности кровли пучком труб ш-ск для принятых в строительстве геометрических харак-

теристик теплиц ш-ск = 0,30…0,35.

При расчете теплоотдачи излучением наружных поверхностей

(Ан = Аст + Аск) ограждений Qлн , Вт, учитывается, помимо теплообмена с окру-

жающими строениями, эффективное излучение в пространство Qэф, Вт:

210

Аналитически точное значение величины эффективного излучения в про-

странство Qэф из-за ее многофакторности определить довольно сложно.

На рис. 7.5 показана зависимость общего коэффициента теплоотдачи из-

ном насыщении и температуре грунта и в рабочей зоне, соответственно, кг/м3;

рб — барометрическое давление, кПа.

Рис. 7.5. Зависимость коэффициента теплоотдачи излучением на наружной стороне ограждения от температуры ограждения: 1, 2, 3 — температура наружного воздуха –10, –20,

–30 С, соответственно; сплошные линии — при облачной погоде (облачность в долях единицы), nо = 0,5; пунктирные — то же, nо= 1,0

211

В условиях естественной конвекции коэффициент массоотдачи β , м/ч,

выражается зависимостью [1]:

Коэффициент диффузии D, м2/ч, характеризующий массообмен при tв = =

0 °С и давлении 105 Па, для водяного пара равен 0,0754 м2/ч; определяющий размер l принят равным 1,0 м. Диффузионный критерий Прандтля при испаре-

нии воды изменяется незначительно Pr 0,61. Количество влаги, испаряющейся с поверхности грунта Gиспгр , кг/ч, и растений Gисплист , кг/ч, зависит от интен-

сивности полива. С этих поверхностей испаряется около 90 % воды, расходуе-

мой на полив [34]. При одноразовом в течение суток поливе:

где Gп.в — количество поливочной воды (разовое), кг/сут.

Теплоотдача листьев путем испарения составляет около 50 % поглощен-

ной ими теплоты солнечной радиации [33]. Так как закономерности транспира-

ции растений в культивационных сооружениях в настоящее время изучены не-

достаточно, расчет Gисплист носит ориентировочный характер. Необходима про-

верка по влажностному балансу с уточнением суммарного испарения по вели-

чинам конденсации влаги на ограждениях и растениях и баланса влаги за счет инфильтрации.

Расходуемая на процессы испарения с грунта или растений теплота, Вт:

Qисп = 0,278Gиспrф, (7.25)

где rф — теплота парообразования, принимается, соответственно, при темпера-

туре грунта или растений, кДж/кг.

Количество конденсирующейся на внутренней поверхности ограждения (Aв = Aст + Aск, м2) влаги Gконд, кг/ч, зависит от температуры ограждения в и

воздуха в теплице tв, относительной влажности воздуха в (в долях), парциаль-

212

ного давления насыщения водяных паров (кПа) для температуры поверхности

где tср = (tв + в) / 2.

Соотношение (7.26) получено для температуры воздуха в теплице tв = 15…50 °С, разности tв в = 10…40 °C, относительной влажности воздуха

в = 0,30...0,95 и высокой интенсивности конденсации. На боковом ограждении

поверхности скатов и вертикальных наружных ограждениях (стен), кг/ч.

Вентиляция теплиц в зимний период осуществляется только за счет ин-

фильтрации и эксфильтрации через наружные ограждения. Кратность воздухо-

обмена в теплицах в зимний период достаточна на уровне n = 1...3 ч 1.

213

7.3Тепловой, влажностный и воздушный режимы теплиц

втеплый период года

7.3.1.Способы снятия перегрева в теплицах в теплый период года

Способы снятия перегрева делятся на три группы: предупреждение пере-

грева, устранение перегрева, комбинированное снятие перегрева. На практике техническая реализация любого способа включает комплекс элементов преду-

преждения или снятия перегрева, образуя любые комбинации технических средств для получения необходимых параметров микроклимата. В настоящее время наибольшее распространение получили, в основном, способы общего воздействия на дневные теплопоступления в теплицы (общезатеняющие, обще-

поглощающие), частично селективные и, реже, высокоточные (прецизионные)

способы в фитотронах.

Наиболее перспективна комплексная система снятия перегрева, которая заключается в ступенчатом включении отдельных ее элементов в периоды уве-

личения интенсивности солнечной радиации по времени года и в течение све-

тового дня. Эксплуатационная и экономическая эффективность такой системы заключается в использовании пассивных и малоэнергоемких конструктивных элементов систем обеспечения параметров микроклимата (фрамуги, проемы,

аэрационные шахты) и кратковременно включаемых активных элементов си-

стем (механическая вытяжная вентиляция, системы водоаэрозольного охлажде-

ния). Системы водоаэрозольного охлаждения (СВАО) могут быть использова-

ны так же как системы полива и увлажнения воздуха. При соответствующей подготовке растворов СВАО можно применять для защиты растений от вреди-

телей и болезней.

Способы предупреждения перегрева

При проектировании и строительстве культивационных сооружений ре-

комендуется равноскатное остекление теплиц с углом наклона кровли

30…35 ; направление конька теплиц по оси восток-запад, что увеличивает среднесуточную освещенность на 10…20 %.

214

Предупредить перегрев можно экранированием. Экраны выполняются внутренними и наружными, общезатеняющими и селективными. Различные шторы, тенты, применяемые в качестве наружных затенений, быстро изнаши-

ваются и эксплуатируются не более одного-двух сезонов. Такая система затем-

нения должна быть снабжена высокоточной системой автоматики для установ-

ки и снятия штор.

Возможно применение дождевания кровли теплиц. Охлаждающий эффект достигается испарением воды с поверхности кровли и снижением проникнове-

ния инфракрасной составляющей радиации. Вода может применяться в виде открытого слоя, стекающего тонкой пленкой, или орошающего аэрозоля. Уве-

личение расхода на строительство и эксплуатацию теплиц, связанное с измене-

нием конструкции кровли теплиц, необходимость осуществления регулярной подпитки воды не позволяют широко использовать этот метод на практике. При увлажнении поверхности крыши теплиц со скатной кровлей вода подается на конек крыши и стекает по застекленной поверхности. В результате установки такого вида водного фильтра на крыше теплицы возможно уменьшение пере-

грева теплицы без существенного снижения интенсивности перегрева. Возмож-

но применение распыления водного аэрозоля форсунками над кровлей теплиц,

но эффект снижения теплоты от солнечной радиации составляет лишь 4 %.

Способы устранения перегрева в теплицах

Наиболее простым и распространенным способом устранения перегрева в теплицах является устройство аэрации. Естественный обмен воздуха происхо-

дит за счет двух факторов — наличия гравитационного и ветрового давлений.

Аэрация осуществляется через продольные фрамуги на скатах кровли, преду-

смотренные в остекленных зимних теплицах. При работе только продольных фрамуг в кровле кратность воздухообмена составляет в зависимости от направ-

ления ветра n = 4…6 ч 1, а при отсутствии ветра воздухообмен практически прекращается.

Для увеличения естественного воздухообмена применяются системы ак-

тивизации аэрации: устройство специальных фрамуг в вертикальных огражде-

215

ниях в дополнение к дверным проемам и технологическим воротам. В зависи-

мости от местных метеоусловий (интенсивность солнечной радиации, скорость ветра, роза ветров и др.) и конструкции теплицы могут быть применены раз-

личные варианты расположения вытяжных шахт.

Системы механической вентиляции, имеющие экономически и техноло-

гически целесообразную производительность, не обеспечивают удовлетвори-

тельного снижения температуры воздуха в теплицах (охлаждающий эффект не превышает 2…3 С). Для увеличения интенсивности охлаждения системы при-

нудительной вентиляции должны работать в совокупности с другими система-

ми снятия перегрева.

Наиболее благоприятным способом создания эффективного режима в теплицах является применение систем кондиционирования воздуха, но это свя-

зано с большими капитальными и эксплуатационными затратами. Поэтому си-

стемы кондиционирования воздуха применяются только в фитотронах и специ-

альных климатических камерах.

Приведенный выше краткий обзор позволяет сделать вывод о перспек-

тивности применения систем снятия перегрева с помощью потоков дисперги-

рованной влаги. Аэрозольное облако, созданное этой системой в верхней части объема сооружения, пропускает спектр излучения во всем необходимом для фотосинтеза растений диапазоне, но поглощает длинноволновую тепловую часть спектра солнечной радиации.

Влажностный режим теплиц

Основным источником влаги в теплицах является поливочная вода с рас-

ходом Gп.в. Она используется растениями на транспирацию Gисплист , испаряется с поверхности грунта Gиспгр , удаляется через дренажную систему Gд.с:

Общая средняя потребность в воде при выращивании огурцов, например,

составляет около 911 кг на 1 м2 теплицы. Одно взрослое растение огурца в теп-

лице испаряет в процессе транспирации ежедневно в период плодоношения

216

1,2…1,5 кг воды. Потребность растений томата в воде в течение всего периода вегетации составляет 800…900 кг/м2.

Функции дождевания и поддержания влажностного режима растений в теплице может выполнять система водоаэрозольного охлаждения. Для удаления избытков влаги из воздуха теплицы следует применять проветривание, актив-

ную аэрацию и механическую вентиляцию.

7.3.2. Термодинамические процессы в теплицах в теплый период года

Динамика изменения состояния воздуха в невентилируемой с полностью закрытыми проемами и фрамугами теплице с растениями в теплый период года показана на i–d-диаграмме влажного воздуха (рис. 7.6).

В предутренние и утренние часы температура воздуха в теплице с расте-

ниями в фазе развитой биомассы tву близка или незначительно превышает тем-

пературу наружного воздуха tну (точка Ну), относительная влажность воздуха

ву → 100 % (точка Ву). На внутренних поверхностях светопрозрачных ограж-

дений теплицы наблюдается образование конденсата. В данный период суток температура tву может быть ниже, равной или выше расчетной технологической,

показанной на рис. 7.6 заштрихованной областью, с перепадом температуры tрасч. Точка Вд с параметрами tвд , вд , dвд , iвд показывает состояние воздуха в

теплице в дневное время при отсутствии воздухообмена.

Температура воздуха tвд повышается за счет солнечной радиации и значи-

тельно превышает технологически рекомендованные величины. Ближе к по-

лудню относительная влажность воздуха вд несколько понижается, хотя его влагосодержание dвд повышается за счет испарения влаги растениями и с по-

верхности почвы.

Считаем, что действительные параметры внутреннего воздуха (точка В)

лежат на линии Ву—Вд, являющейся геометрическим положением точек состо-

яния воздуха в невентилируемых теплицах. Первым этапом снижения темпера-

217

туры воздуха является естественное организованное проветривание за счет от-

крытия фрамуг (режим I). Дальнейшее понижение температуры воздуха в теп-

лицах достигается при открытии технологических проемов и вытяжных аэра-

ционных шахт (режим II). Затем дополнительно включается вытяжной вентиля-

тор, расположенный в вытяжной аэрационной шахте (режим III).

Рис. 7.6. Область саморегулирования микроклимата в теплице при охлаждении необработанным атмосферным воздухом: 1 — область технологической температуры в теплицах; 2 — область температуры в предутренние и утренние часы; 3 — область

максимальной температуры при отсутствии воздухообмена; 4 — область возможных параметров воздуха при вентилировании наружным воздухом

Положение точки В на линии Ву—Вд меняется в течение светлого перио-

да суток. Оно зависит от конкретного времени, кратности воздухообмена в теп-

лице при подаче необработанного атмосферного воздуха, способности биомас-

сы регулировать параметры микроклимата в результате деятельности растений вблизи точки Вд в дневное время при отсутствии воздухообмена, вблизи точки

218

В в дневное время при естественном воздухообмене, вблизи точки Ву в утрен-

ние часы перед открытием фрамуг для проветривания.

Таким образом, область, ограниченная точками В1у —В1— В1д — В2д —В2—

В2у , характеризует границы области температурно-влажностного состояния воздуха в дневные часы в теплице в теплый период года за счет естественной и механической вентиляции необработанным атмосферным воздухом и саморе-

гулирования параметров воздуха самими растениями.

Конкретное местонахождение точки состояния воздуха в теплице (точка В), расположенной на линии Ву—Вд, зависит от кратности воздухообмена n, ч−1.

Кратность воздухообмена изменяется от 5…10 ч−1 при естественном воздухо-

обмене до 25…30 ч−1 при механической вентиляции. Поэтому месторасположе-

ние точки В, исходя из правил построения процессов на i–d-диаграмме, будет стремиться по линии Ву—Вд к точке Ву в соотношении 1:(n – 1).

После исчерпания охладительного эффекта наружного воздуха для под-

держания технологических параметров микроклимата возникает необходи-

мость в искусственном охлаждении воздуха в теплицах. Такой период времени обычно происходит в течение светового дня, когда суммарная солнечная ради-

ация достигает 450 Вт/м2 и более (с мая по октябрь месяц в средней полосе страны).

Наиболее перспективной и экономичной системой снятия перегрева в теплицах в теплый период года в целом и, в частности, в течение светового дня является комплексная система, основным элементом которой является система водоаэрозольного охлаждения воздуха.

На рис. 7.7 показаны процессы изменения состояния воздуха в теплице с биомассой в теплый период года при работе системы водоаэрозольного охла-

ждения.

При включении системы водоаэрозольного охлаждения происходит адиа-

батное охлаждение воздуха в теплице по iв = const до φ = 97…98 % (на рисунке процесс условно показан до 100 %) от температуры tв до температуры мокрого

219