Энергетика теплиц: основные понятия

Конспект лекций В.В.Климова по энергетике теплиц,
предоставлен экспертом ассоциации овощеводов Латвии
"Latvijas dārznieks",
уважаемой Марите Гайлите
для сайта GreenHouses.ru

Коэффициент светопроницаемости сооружения (%) характеризует условия освещенности в сооружении по сравнению с атмосферой наружного воздуха. Зависит:

К_пр = К_и γ(1 – η) (1- р)

где

К _пр – интегрированный коэффициент проницаемости светопрозрачного ограждения для перпендикулярно падающих лучей (0,8 – 0,9)

γ  - коэффициент, зависящий от угла падения лучей

η - коэффициент загрязнения (относительная единица, = 0 для чистого материала =0,5 максимально в настоящее время (восьмидесятые годы прошлого века)

Потеря 1% освещенности снижает урожайность на 1%!

р - коэффициент затенения непрозрачными элементами, не должен превышать 0,25 для зимних теплиц и 0,15 для пленочных

К_и γ – зависимость светопроницаемости от угла падения лучей

Коэффициент ограждения (К_ог) – отношение поверхности ограждения сооружения к его площади ((поверхность стен + торцы + кровля)/площадь сооружения). Характеризует расход материалов на единицу площади, расход тепла, расход стекла, пленки.

Следует стремиться к уменьшению коэффициента ограждения, перспективны блочные теплицы.

Коэффициент объема – отношение объема сооружения к его площади. Численно равно средней высоте сооружения. В высоких теплицах лучше вентиляция. Микроклимат лучше обеспечивается в ангарных теплицах, чем в блочных (МГ : напоминаю, что речь идет о старых теплицах.)

Производственная площадь – площадь, предназначенная для выращивания растений.

Инвентарная (строительная) площадь – площадь, ограниченная проекцией бокового ограждения. Она же полная площадь.

Производственная площадь включает в себя площадь не асфальтированных (не бетонированных) технологических дорожек для обслуживания.

Коэффициент использования инвентарной площади – отношение производственной площади к инвентарной. Хорошим показателем считается 0,85 ... 0,9.

Характеристики светопрозрачных материалов для теплиц

Требования:

Для строительства теплиц применяют металл специального проката из листа толщиной 2...3 мм. Все стальные элементы покрывают слоем цинка. Это гарантирует срок службы 30 лет.

Часто шпросы делают из алюминиевых сплавов, а каркас стальной. В таком случае срок службы достигает 50 лет.

Пленочные теплицы могут быть с деревянным, металлическим или комбинированным каркасом. Часто применяют деревянноклеевые элементы.

Пленки:

Основные физико-механические характеристики светопрозрачных материалов

Соотношение между толщиной пленки и ее массой

Отечественная пленка производится:

• Гидрофильная
• Антистатическая
• Светостабилизированная
• Армированная (12 х 18 мм, толщина 300 мкм)
• Термостойкая
• Селективная
• Черная

Теплицы. Классификация и типы

По техническим признакам подразделяются на:

• Селекционные теплицы (1300 м2) (типовой проект 810-98)
• овощные
• комбинированные
• цветочные (оранжереи)

По сезонности:

• зимние
• весенние

По технологии выращивания:

• почвенные (грунтовые)
• стеллажные
• гидропонные

По строительным признакам:

• полимерные,
• деревянные,
• металлические каркасы

По виду ограждения:

• Остекленные
• С покрытием из пленок или полимерных материалов

По конструктивным особенностям:

• Ангарные и блочные
• Прямые и арочные

Вантовые (подвесные теплицы) пока только в проекте.

Летом пленка расширяется и парусит. У Минских теплиц (проект 810-93) возможно регулировать натяжение пленки (МГ: я в них работала довольно долго, но эту возможность никогда даже не пыталась использовать)

Теплица конструкции А.Силса обеспечивает самонатяжение пленки (МГ: она это действительно обеспечивала, но приходилось регулярно вручную натягивать цепи фиксирующие балку, иначе ветер раскачивал ее и очень сильно рвал пленку.)

Фундамент бывает сплошной и свайный.

Цоколь – сплошной железобетонный

В блочных теплицах ферма от фермы отстоит через 6 м, в ангарных через 3 м.
На прогоне крепятся шпросы.

Коэффициент ограждения:

• ангарных теплиц 40%
• Реконструированных 60%
• Самодельных блочных 53%

Способы герметизации ограждения:

• Т-образные шпросы
• Мастика МВТ-80
• В современных теплицах:
• Гнутый облегченный профиль
• Пружинные кляммеры

При совместном использовании алюминиевых и стальных конструкций между ними необходима изоляция, чтобы возникающие токи не разрушали конструкцию.

Для натяжения пленки используют пластмассовые кляммеры. 

Нагрузки, действующие на культивационные сооружения

Регламентирование нагрузок по действующим нормативным документам.

Требования:

• Протекание технологического процесса
• Обеспечение прочности сооружения при минимальном расходе материала

Разрушающие факторы:

• Снеговая и ветровая нагрузка
• Град (но в проектах не учитывается)
• Сейсмичность не выше 6 баллов
• Вес растений
• Нагрузка от дополнительного технологического оборудования.

СНИП – строительные нормы и правила

СНИП II – 100-75 Теплицы и парники. Нормы проектирования.

Теплица должна быть рассчитана на запас снега за сутки. Отопительная система должна быть способна растопить лишний снег.

Для теплиц существуют 4 района снеговой нагрузки:

1. 10 кг снега/м2
2. 15 кг/м2
3. 20 кг/м2
4. 40 кг/м2

Запрещается запускать теплицу в эксплуатацию без системы теплоснабжения.

Снегоперенос уже имеющегося снега ветром (м3/м длины).

Существуют 7 районов по снегопереносу, разработанных гидрофизической лабораторией им. Воейкова:

1. <100 м3/м
2. 100…200 м3/м
3. 200…400 м3/м
4. 400…600 м3/м
5. 600…1000 м3/м
6. 1000…1500 м3/м
7. >1500 м3/м

Величина суточного снегопереноса 10-14 м3/м.

Строительство блочных теплиц возможно там, где величина суточного снегопереноса <10 м3/м для Европейской части СССР и <8 м3/м для Восточной Сибири.

Ветровая нагрузка. Существуют единые нормативы для теплиц и жилых зданий.

Существует 6 районов по динамическому напору ветра (кг/м2 сек):

1. 27 кг/м2 сек
2. 35 кг/м2 сек
3. 45 кг/м2 сек
4. 55 кг/м2 сек
5. 70 кг/м2 сек
6. 100 кг/м2 сек

Аэродинамический коэффициент

k = 1, если сооружение выше 10 м

k = 0,8, если сооружение ~ 6 м

k = 0,6, если сооружение ~ 2 м

Нормативная нагрузка от растений 15 кг/м2.

Технологическая нагрузка по фактическим данным указывается в технологическом задании при проектировании. Лотки рассчитаны на одновременно сосредоточенную нагрузку 100 кг.

Типовые проекты теплиц включают.

• Строительно-типовые характеристики
• Схемы компоновок ТК

Районирование теплиц

• Система отопления рассчитывается на определенную внешнюю температуру (t), чтобы обеспечить мин. температуру внутри теплицы 15оС.
• Рассчитывают t наружного воздуха, как t самых холодных суток по средним многолетним данным.
• Рассчитывают снеговые и ветровые нагрузки.

Энергетика сооружений защищенного грунта

Тепловой баланс теплиц и его составляющие

Q = Q солн.рад. + Q сист.отоп. – Q огр. – Q вент. +/- Q почв. +/- (Q конд.)

Q солн.рад. – тепловая энергия солнечной радиации

Q сист.отоп – тепло от системы отопления

Q огр. – теплопередача через ограждение

Q вент. - теплопередача через вентиляцию

Q поч. – теплообмен с почвой

Q конд. – конденсат на ограждении (МГ: при образовании конденсата выделяется тепловая энергия, кроме того, конденсат повышает теплоизоляцию поверхности)

Коэффициент теплопередачи включает в себя Q конд.

Днем

Q солн.рад. + Q сист.отоп. + Q почв. = Q огр. + Q вент. + Q почв.

Ночью

Q сист.отоп. + Q почв. = Q огр. + Q вент. + Q почв.

Q солн.рад. = Q солн.рад.нар. х k прониц.

Q солн.рад. – солнечная радиация в теплице

Q солн.рад.нар – солнечная радиация снаружи

Расчет системы отопления культивационных сооружений

1. Определение необходимой мощности системы отопления

Для этого

1. рассматривается период минимального прихода тепла извне, то есть экстремальные условия.
2. ночной период
3. самые холодные сутки года
4. Т возд.мин. 15оС
5. Т почв.мин. 18оС

Q сист.отоп. = Q огр. + Q инф. +/- Q почв.

Q инф. – потери тепла за счет вентиляции через различные щели и т.д.

На обогрев почвы затрачивается около 5% всего тепла, поэтому в дальнейших расчетах для простоты Q почв. опускается.

Q сист.отоп. = Q огр. + Q инф.

Q огр. = k_т х S огр(Твн – Тнар)

где

k_т – коэффициент теплопередачи (Вт/м2 град)

k_инф =1,25 (коэффициент инфильтрации)

(Твн – Тнар) – так называемая дельта Т, разность температур внутри и снаружи теплицы (оС)

Q сист.отоп. = k_инф х k_т х S огр(Твн – Тнар)

Значения коэффициента теплопередачи