3.3.2. Перфоровані повітроводи з плівкових полімерних матеріалів.

Використання перфорованих повітроводів з полімерної плівки в системах повітряного опалення теплиць має значні переваги перед металевими (зменшення капітальних витрат та металоємності, відсутність корозії, прозорість для світла). Але з урахуванням великої довжини розподільних повітроводів у теплицях (30…100 м) та високого коефіцієнта теплопередачі крізь полімерну плівку необхідно враховувати зниження температури повітря при його русі в повітроводі (яке може бути до 10…20^оС ) за рахунок теплообміну з внутрішнім повітрям теплиці. При цьому рівномірну тепловіддачу за довжиною перфорованого повітроводу забезпечують за рахунок пропорційного підвищення подачі повітря від початку до його кінця. Тому, на відміну від традиційних методів розрахунку, які повинні забезпечити рівномірний розподіл повітря по довжині, перфоровані повітроводи з полімерної плівки розраховують на задану нерівномірність розподілу повітря. Методика такого розрахунку наведена в [1] і викладена нижче.

Методика дозволяє розраховувати теплотехнічні, аеродинамічні та конструктивні параметри перфорованих повітроводів постійного перерізу з поліетиленової (ПЕ) та полівінілхлоридної (ПВХ) плівки з рівномірно розміщеними отворами (d = 10…50 мм) на їх поверхні, які забезпечують рівномірну тепловіддачу за довжиною повітроводу (5%). Методика використовується для розрахунку перфорованих повітроводів, які мають оптимальний параметр каналу 1,5 < l 2 (де - коефіцієнт опору тертя, l=l_п/d , а l_п – довжина перфорованого повітроводу), відносну довжину l=l_п/d=50…160 і діаметри d = 0,15 … 0,5 м.

Необхідні вихідні дані для розрахунку:

1. Теплова потужність системи повітряного опалення - Q_оп , Вт;

2. Початкова температура нагрітого повітря (при використанні полімерної плівки - не вище 60 ^oС) - t_in, ^oС;

3. Температура внутрішнього повітря в теплиці - t_wz, ^oС;

4. Загальна довжина всіх ділянок повітроводу в системі повітряного опалення (головної магістралі) - l, м

5. Довжина перфорованого повітроводу - l_п, м.

Спочатку приймають конструктивну схему центральної системи повітряного опалення теплиці, визначають розрахункові ділянки магістральних повітроводів, які забезпечують подачу повітря від місця забору до перфорованих розподільних повітроводів. Далі визначають кількість паралельно прокладених перфорованих повітроводів в теплиці n та довжину кожної з розрахункових ділянок l_д .

Потім розраховують системи розподілу повітря в теплиці за методикою, яка наведена нижче.

1. Розраховують загальну витрату повітря в системі повітряного опалення

L = Q_оп (273 + t_in)( t_in – t_wz) 10³, м³/с. (3.9)

2. Розраховують витрату повітря в початковому перерізі кожного перфорованого повітроводу

L_o = L / n, м/с, (3.10)

де n – кількість перфорованих повітроводів в системі, шт.

3. Визначають оптимальний діаметр перфорованого повітроводу

d_oпт = 4,5 · l_п · (273 + t_in)^0,1 / L_o^0,1 ·10³, м. (3.11) Діаметр приймають найближчий з ряду: d = 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5 м.

4. Знаходять швидкість руху повітря в початковому перерізі повітроводу

V_o = 1,27·L_o  d², м/c. (3.12)

Швидкість повітря повинна бути в межах 8…25 м/с.

5. Уточнюють значення параметра каналу l,що не повинно перевищити 2:

l = 9 · l_п · (273 + t_in)^0,1  d ·L_o^0,1 ·10³. (3.13)

Якщо параметр l > 2, розрахунок повторюють при більшому діаметрі повітроводу чи іншій його схемі (наприклад, при меншій довжині).

6. Знаходять за номограмою (рис.1) значення коефіцієнта теплопередачі крізь стінку повітроводу, К_o, Вт/(м^{2 o}С), при початкових параметрах повітря (V_o, d, _o= t _in – t_wz).

7. Знаходять за номограмою (рис.2) ступінь максимальної нерівномірності розподілу повітря _ (_ = W_max/W_min – відношення швидкостей повітря, яке витікає з отворів перфорації в кінці та на початку повітроводу) і відносну площу отворів перфорації f (f=f_o/F_п- відношення сумарної площі отворів перфорації до площі перерізу повітроводу) при попередньо розрахованих значеннях l та К_о /V_o.

8. Швидкості повітря, яке витікає з отворів перфорації (середню - W_ср, мінімальну - W_min , яка буде на початку повітроводу, та максимальну - W_max, яка буде в кінці перфорованого повітроводу) визначають за формулами, м/с

W_ср = V_o  f, (3.14)

W_min = (V_o  f )·[2  (_, (3.15)

W_max = (V_o  f )·[2_  (_, (3.16)

9. Визначають орієнтовний діаметр отворів перфорації, який забезпечує нормовані швидкість та температуру повітря в зоні розташування рослин при W_max

d^_o = S ·W_д 7,97·W_max [(t _wz + 273)/( t _in + 273)]^1/2, мм, (3.17)

де W_д - допустима швидкість на осі струмини повітря в зоні рослин, яку приймають згідно з агрономічними умовами (звичайно W_д – не більше 2 м/с);

S - мінімальна відстань від отворів перфорації до рослини (звичайно приймають S = 0,5…1 м).

При цьому орієнтовний діаметр d^_o закруглюють до 0,005 м в менший бік до d_o.

10. Визначають кількість отворів перфорації за прийнятим d_o:

n = f · d²  d_o² , шт. (3.18)

11. Визначають крок між отворами перфорації

а_о= l_п · N / n, м, (3.19)

де N-кількість рядів отворів, шт., приймають парним, тобто N=2,4,6,…

При цьому, за умови збереження міцності поліетиленової плівки треба виконувати вимогу а_о  0,2 м

1 2. Розраховують необхідний тиск на початку перфорованого повітроводу

Р_n = 171· ·V_o² / (t_in + 273), Па, (3.20)

де  - коефіцієнт загального опору повітроводу, що визначається за графіком (рис.3).

13. Розраховують загальний гідравлічний опір системи повітряного опалення за формулою (3.8).

14. За визначеними загальному гідравлічному опору  P та витраті повітря в системі повітряного опалення L підбирають радіальний вентилятор за загальновідомою методикою [6].

Розміщення перфорованих повітроводів з полімерної плівки здійснюється аналогічно повітроводам з муфтовими розподільниками, як правило, в нижній зоні шатра теплиці.

Рис. 1. Номограма для визначення коефіцієнта теплопередачі K _o крізь стінку перфорованого повітроводу з поліетиленової плівки (ПЕ)

Рис. 2. Номограма для визначення відносної площі отворів перфорації  f

Рис. 3. Номограма для визначення загального коефіцієнта опору повітророзподільника з поліетиленової плівки 