10138

термометра tмв.т , соответствующей параметрам точки В. Одновременно у возду-

ха в теплице повышается влагосодержание от dВ до dА, соответствующего отно-

сительной влажности в точке А (97…98 %).

Рис. 7.7. Процессы изменения состояния воздуха в теплице с биомассой: 1 — область технологической температуры в теплице

Если количество теплоты солнечной радиации в теплице превышает ко-

личество теплоты, поглощенное при испарении капель водного аэрозоля, то процесс охлаждения воздуха прекращается в точке С при температуре tС, отно-

сительной влажности φС и влагосодержании воздуха dС.

Температура воздуха после его обработки системами водоаэрозольного охлаждения до точки А или точки С (рис. 7.7) может понизиться до диапазона технологически необходимой температуры в теплице (луч В—А) или быть вы-

ше их (луч В—С).

Конкретные параметры воздуха в теплице объемом Vт, м3, при кратности воздухообмена n, ч−1, определяются приращением его влагосодержания d, г/кг сух. в-ха, зависящего от расхода разбрызгиваемой воды Gвод, кг/ч:

220

Избыточная подача влаги в теплицу, т. е. более максимально возможной

влагопоглощающей способности воздуха при соответствующей температуре мокрого термометра tмв .т и φ = 100 % (в точке А), приводит к выпадению ка-

пельной влаги на ограждениях и растениях, что неблагоприятно воздействует на развитие последних.

Понижение интенсивности солнечной радиации во второй половине дня сопровождается снижением температуры внутреннего воздуха. Система во-

доаэрозольного охлаждения отключается. Вентилятор, встроенный в вытяжную шахту, продолжает работать, открыты форточные фрамуги и технологические проемы.

Параметры внутреннего воздуха переходят в состояние точки В, соответ-

ствующее до включения системы адиабатного охлаждения, по лучу iв = = const.

При этом относительная влажность воздуха и его влагосодержание уменьша-

ются, а температура повышается. Неизбежен именно этот термодинамический процесс, т. к. теплоемкость оборудования в теплицах незначительна, а растения саморегулируют параметры воздуха вокруг себя в процессе приспособительных реакций при транспирации влаги.

Процессы снятия интенсивности солнечной радиации в дневной период после выключения систем водоаэрозольного охлаждения и дальнейшее регули-

рование параметров воздуха в теплицах в пределах нормируемых технологиче-

ских значений будут прослеживаться по изменению положения точки В на ли-

нии Ву—Вд. Эти процессы возможны при изменении кратности воздухообмена путем включения (выключения) вытяжного вентилятора, открытия (закрытия)

технологических проемов и фрамуг. В конечный вечерний момент времени при понижении температуры наружного воздуха до расчетной температуры воздуха в теплице и ниже закрываются все технологические проемы и фрамуги.

В дневной период суток направление луча процесса на i–d-диаграмме

εt = iт / Gисп определяется по общепринятой при расчете систем кондициони-

221

рования воздуха методике. Полные тепловыделения в теплице iт находятся с учетом интенсивности теплопритоков от солнечной радиации, а влаговыделе-

ние Gисп = dтVтρв складывается из выделений растениями и испарения с по-

верхности почвы. Угловой коэффициент ε в течение дня является переменной величиной, поэтому и положение точки В на i–d-диаграмме меняется. По лите-

ратурным данным и нашим исследованиям рекомендуется принимать в пик тепловых нагрузок для средней полосы России ε = 3 700…4 800 кДж/кг.

7.3.3. Режимы эксплуатации комплексных систем снятия перегрева

Лучистая энергия Солнца повышает температуру внутреннего воздуха теплиц в теплый период года до tв = 50…55 С, вызывая перегрев и гибель рас-

тений. В разделе 7.3.1 приведены существующие методы снятия перегрева. В

разделе 7.3.2 показаны термодинамические процессы изменения параметров воздуха в объеме теплиц в течение суток при различных способах снятия пере-

грева. Рассмотрим составляющие теплового баланса в объеме помещений теп-

лиц и режимы эксплуатации комплексных систем снятия перегрева в теплый период года, включая системы балансовых уравнений по теплоте, массе влаги и воздуха, описывающие динамику параметров микроклимата (температуры и влагосодержания воздуха).

Комплексная система снятия перегрева предполагает дискретное включе-

ние отдельных ее элементов в период увеличения интенсивности солнечной ра-

диации по периодам года и в течение светового дня. Энергетический и эконо-

мический эффекты представленной системы заключаются в использовании в течение длительного периода пассивных (конструктивных) систем обеспечения микроклимата (фрамуги, технологические проемы, аэрационные шахты) и

кратковременно включаемых активных элементов систем, основным узлом ко-

торых является система водоаэрозольного охлаждения.

На рис. 7.8…7.13 приведены схемы различных потоков теплоты Qi, Вт,

при шести характерных режимах работы комплексной системы снятия перегре-

222

ва. На рис. 7.8 приведена схема тепловых потоков для режима I — режим орга-

низованного проветривания: открыты форточные фрамуги.

Балансовое уравнение, характерное для режима I, и формулы для опреде-

ления его составляющих имеют вид:

ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qфр + Qинф) – Qскр = 0;

Qс.р = 0,278Vтnсвρв( tнусл – tн);

Qогр = Аогр(tв – tн) / Rогр;

На рис. 7.9 приведен режим II работы комплексной системы снятия пере-

грева — режим совместной работы систем проветривания и активной аэра-

ции. При этом режиме открыты форточные фрамуги, технологические проемы теплицы и вытяжная аэрационная шахта. В условиях режима II воздухообмен, в

первом приближении, осуществляется за счет притока или удаления воздуха через фрамуги и технологические проемы, дополнительное удаление воздуха — через вытяжную шахту.

Количество инфильтрующегося воздуха имеет знакопеременное значение.

Поэтому значения воздушного баланса при составлении теплового и влажност-

ного балансов объединяются и рассматриваются в целом по кратностям возду-

хообменов в теплице.

Система уравнений теплового баланса следующая:

На рис. 7.10 показан режим III: открыты форточные фрамуги и техноло-

гические проемы; работает вытяжной вентилятор, встроенный в вытяжную шахту. Воздух поступает в теплицу через фрамуги и технологические проемы, а

удаляется работающим в шахте вентилятором и частично за счет инфильтрации.

Воздух в теплицу поступает через открытые фрамуги и технологические проемы. Удаляется воздух вытяжным вентилятором и частично за счет инфиль-

трации.

Условные обозначения к рисункам 7.8…7.13 и формулам (7.31…7.36):

Qс.р — тепловой поток от солнечной радиации в теплицу [28], Вт;

Qогр — тепловой поток через наружные ограждения теплицы, Вт;

Qгр — теплопотери через грунт, Вт,

Qфр + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего в теплицу через открытые фрамуги и инфильтрующегося через наружные ограждения, Вт;

Qш + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего через тех-

нологический проем и фрамуги и удаляемого через аэрационную шахту при не-

работающем вентиляторе;

Qвент + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего через тех-

нологический проем и фрамуги и удаляемого через аэрационную шахту вытяж-

ным вентилятором и инфильтрацией, Вт;

Qr — тепловой поток, необходимый для испарения водяного аэрозоля при ра-

боте СВАО, Вт;

rф — скрытая теплота парообразования, кДж/кг;

Gвод — расход подаваемой воды системой СВАО в теплицу, кг/ч.

Gв = Vтnρв – общий расход воздуха, поступающего или удаляемого через кон-

структивные фрагменты теплицы, кг/ч;

Rогр — сопротивление теплопередаче наружного ограждения теплицы, м2·°С/Вт;

Rгр – сопротивление теплопередаче грунта, м2·°С/Вт;

Vт — внутренний объем теплицы, м3;

Агр — площадь грунта в теплице, м2;

Аогр — площадь наружных ограждений теплицы, м2; n — кратность воздухообмена в теплице, ч-1;

ρв — плотность внутреннего воздуха, кг/м3;

cв — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С);

226

d — влагосодержание влажного воздуха, г/кг сух. возд.;

tнусл — условная температура наружного воздуха в теплый период года для рас-

чета интенсивности солнечной радиации, °С, [28].

7.3.4. Воздушный режим теплиц

При круглогодичной эксплуатации теплиц возникают сложности обеспе-

чения заданных воздухообменов, которые в зависимости от роста растений и параметров наружного воздуха имеют разную величину и выполняют различ-

ные функции. Например, в переходный период воздухообмен должен ассими-

лировать влаговыделения в теплице; при превышении температуры внутренне-

го воздуха над допустимой из-за тепличного эффекта задачей организации воз-

духообмена является снятие перегрева в теплице; наружный воздух необходим для обогащения внутреннего воздуха углекислым газом при отсутствии искус-

ственной подачи СО2 в объем теплицы.

Аналитически с достаточной для инженерных расчетов точностью опре-

делить кратность воздухообмена в теплицах в теплый период года не представ-

ляется возможным. Поэтому значение воздухообмена в теплице определяется экспериментально, как правило, на моделях в лабораторных условиях. Анализ результатов расчетов воздухообмена при совместном воздействии гравитаци-

онного и ветрового давления показал: при воздухообмене под действием грави-

тационной силы при безветрии (скорость ветра vн ≤ 0,5 м/с) в каждой объемной части теплицы формируются самостоятельные области циркуляции внутренне-

го воздуха, приточный наружный воздух поступает в теплицу через нижнюю часть аэрационного проема, а внутренний с высокой температурой и влажно-

стью удаляется через верхнюю часть проема. Этот процесс происходит в под-

кровельной части теплицы и практически отсутствует в рабочей зоне на высоте

1,5 м от почвы. Под действием ветра воздухообмен в теплице увеличивается в среднем в 1,25…1,30 раза (при vн = 2,5…3,0 м/с) и в 1,5…1,6 раза (при vн ≈ 5,0

м/с) по сравнению с воздухообменом при полном безветрии.

227

На рис. 7.14 приведена полученная экспериментально на модели расчет-

ная кратность воздухообмена в блочной теплице по типовому проекту 810-99 в

результате аэрации под действием гравитационных сил и ветрового давления в зависимости от угла открытия фрамуг (β = 10…25°).

Рис. 7.14. Зависимость кратности воздухообмена при различных углах открытия фрамуг от разности температуры внутреннего и наружного воздуха, определяющей гравитационное давление, и ветрового давления при скорости ветра: ‒‒‒‒‒‒ — 0 м/с; ········ — 5,0 м/с

7.3.5. Эффективность комплексных систем снятия перегрева в теплицах

Для систем водоаэрозольного охлаждения теплиц в летний период года расход распыляемой воды Gвод, кг/ч, стандартным водопроводом диаметром Dу

20 через тангенциальные (угловые) форсунки из капрона с диаметром сопла 3,5

мм при давлении воды в трубе р = 300…600 кПа равен:

Gвод = 2,91p0,718. (7.37)

Средний радиус распыливания форсункой воды с высоты 2,5 м около 1,0

м; угол распыливания воды 50…55 . На основании экспериментов для систем водоаэрозольного охлаждения типовых зимних теплиц рекомендованы: посто-

янный диаметр труб подаваемой воды Dу 20, диаметр сопла форсунки 3,5 мм,

228

расстояние между форсунками 2,0 м, давление в напорном водопроводе p =

0,3…0,6 МПа.

На рис. 7.15 представлены результаты натурных испытаний изменения температуры воздуха в типовой зимней теплице в теплый период года при круглогодичном выращивании овощей в течение светового дня.

Рис. 7.15. Изменение температуры воздуха в теплице в период плодоношения в течение светового дня: 1 — наружного воздуха; 2 — внутреннего воздуха без работы систем снятия перегрева; 3 — при работе систем организованного проветривания (режим I); 4 — при совместной работе систем организованного проветривания и активной аэрации (режим II)

Рис. 7.15 (продолжение). Изменение температуры воздуха в теплице в период плодоношения в течение светового дня: 1 — наружного воздуха; 2 — внутреннего воздуха без работы систем снятия перегрева; 5 — при совместной работе систем организованного проветривания и механической вентиляции (режим III); 6 — при совместной работе систем организованного проветривания и СВАО (режим V); 7 — при совместной работе систем организованного проветривания, активной шахтной или механической вентиляции и СВАО (режим VI)

229