Анализ систем отопления теплиц Сегодня для отопления теплиц практически повсеместно используется водяная система. Она обеспечивает наиболее равномерное распределение тепла, что очень благоприятно для роста растений. В классической системе водяного отопления в качестве отапливаемых приборов используют (в зависимости от температуры теплоносителя) пластмассовые или стальные гладкие трубы с антикоррозийной защитой (например, с полимерным покрытием). Они размещаются в верхней, средней и нижней зоне теплицы. На высоту 1 м от поверхности почвы подается обычно не менее чем 40% общего количества тепла, учитывая энергию обогрева почвы. Запорная и регулирующая арматура обеспечивает раздельное включение (выключение) и регулирование теплоотдачи отопительных приборов в разных зонах. Почву очень часто подогревают с помощью металлопластиковых труб. Шаг укладки труб составляет не меньше 20–30 см. Трубопроводы укладывают на слой дренажного засыпного утеплителя (песка или шлака) толщиной не меньше 30 см, после чего насыпают слой плодородной почвы толщиной 40–50 см. Водяная система отопления характеризуется большой металлоемкостью, следовательно, нуждается в значительных капитальных затратах. Трубопроводы системы подогрева почвы осложняют ее обработку. Использование в теплицах систем воздушного отопления позволяет заметно улучшить такие характеристики, как металлоемкость и капитальные вложения. Эти системы как правило используются в сочетании с водяным отоплением и состоят из подключенных к теплогенератору труб (отапливаемых приборов) и системы подогрева почвы. Таким комбинированным отоплением оснащаются теплицы в местностях, где внешняя температура наиболее холодных суток составляет –20°С и ниже. Мощность воздушного обогрева в системе комбинированного отопления принимают в среднем на уровне 35–40% от общего расхода тепла зимой. Однако в районах с мягким климатом воздушное отопление теплиц используется в качестве основного, или в комплексе с системой электрического подогрева почвы. Преимущества системы воздушного отопления — небольшие эксплуатационные расходы и низкая инерционность. За 35–40 мин воздушная система способна поднять температуру в теплице на 15–20°С. Воздушное отопление теплицы реализуется на базе воздухоподогревателя, который работает на газе или жидком топливе. Воздухоподогреватель присоединяется к магистральному газопроводу или к емкости с топливом; для отвода продуктов сгорания за пределы теплицы используется дымоход. Прокачивая через себя воздух, который заполняет теплицу, и подогревая его до температуры приблизительно 40°С, воздухоподогреватель нагнетает поток в сеть приливных воздуховодов из оцинкованной жести, которая размещается по периметру теплицы на некотором расстоянии от стен на высоте около 2,5 м. Для обеспечения обдувки остекленения, поддержки равномерной температуры и оптимальной подвижности воздушных масс на приливных отверстиях в воздуховодах устанавливают вентиляционные решетки. Воздушное отопление устанавливается и без воздуховодов с использованием стационарных тепловентиляторов-фанкойлов, оборудованных водяными калориферами или газовым теплообменником непрямого нагрева. Такие устройства обеспечивают эффективный и быстрый обогрев теплицы, в т.ч. при часто открытых фрамугах. Теплый воздух, который нагнетается, создает необходимое движение и равномерное прогревание всей теплицы. Оборудование для воздушного обогрева стоит обычно дешевле альтернативных систем. Фанкойлы с водяными калориферами производят многие компании, среди них компания Jaga (Бельгия). Современное оборудование поставляется также фирмами VTS Clima (Польша), «Мовен», «Веза» (Россия). Стоимость «фанкойловой» системы отопления составляет в среднем $130–500/ кВт тепловой мощности [1]. Агробиологические требования Воздушная система отопления, как и любая другая, должна удовлетворять агробиологическим требованиям к микроклимату, который она создает в теплице. Основные параметры, характеризующие микроклимат теплиц: ❏ температура воздуха и грунта; ❏ относительная влажность воздуха; ❏ скорость движения внутреннего воздуха. Одним из обязательных параметров микроклимата является поддержание общего уровня влажности и равномерного деления относительной влажности воздуха в теплице. Эту функцию выполняет система орошения (полива), которая обеспечивает равномерное распределение воды по всей площади теплицы. Такая система необходима для предотвращения избыточного высушивания почвы, что в свою очередь может привести к снижению урожайности и спровоцировать некоторые заболевания растений. Особенно это чувствуется при выращивании огурцов — основной культуры овощеводства в защищенной почве. Предлагаемая система воздушного отопления теплиц Для отопления теплиц предлагается использовать комбинированную систему воздушного отопления с использованием геотермального источника энергии в сочетании с традиционной (существующей) системой орошения. Блок-схема использования геотермального источника энергии для воздушной системы отопления и освещения тепличного комплекса показана на рис. 1. Тепловой расчет Необходимая мощность системы отопления вычисляется из уравнения теплового баланса. Для этого определяются общие тепловые потери теплицы. Используем формулу для расчета удельных тепловых потерь блочных зимних застекленных теплиц [2]: q = 4,2 + 0,4w, (1) где q — удельные теплове потери теплицы, относительно к 1 м2 площади гранта при разнице температур внутреннего и внешнего воздуха 1°С, ккал/ (м2 ˙ч ˙°С); w — скорость ветра, м/с. Тогда общие тепловые потери теплицы вычисляются из уравнения [2]: Q= q∆tF, (2) где: ∆t = tвн – tз — перепад температур воздуха внутри и снаружи теплицы, °С; F — площадь теплицы,м2. Система отопления тепличного комплекса проектируется в соответствии со всеми требованиями нормативной литературы [3, 4, 5]. Выбор принципиальной схемы Предложенная принципиальная схема системы воздушного отопления геотермального тепличного комплекса приведена на рис. 2. Система состоит из трех контуров. Первый контур — геотермальный (геотермальная вода — первичный теплоноситель). Второй контур— сетевой (сетевая вода — промежуточный теплоноситель).Третий контур — рециркуляционный (воздух). Таким образом, в теплице циркулирует воздух, который нагрет в калорифере за счет использования геотермального источника теплоты. При этом обеспечивается необходимая температура воздуха и почвы, а также скорость движения внутреннего воздуха в теплице. Практическое использование Предлагается реализовать отопление и кондиционирование тепличного комплекса с. Янтарное АР Крым на основе комбинированной системы воздушного отопления с использованием геотермального источника энергии в сочетании с традиционной (существующей) системой орошения. Площадь тепличного комплекса составляет 0,6 га. В качестве источника энергии используется дуплет геотермальных скважин №№36, 36д. Основные данные по скважинам приведены в табл. 1. Благодаря наличию в термальной воде растворенного газа есть возможность использовать одновременно две составляющие геотермального источника энергии: ❏ водяную (получение теплоты для отопления и кондиционирования тепличного комплекса); ❏ газовую (получение электроэнергии для собственных потребностей тепличного комплекса). В качестве овощной культуры для выращивания в теплице были выбраны огурцы. Огурцы очень требовательны к условиям внешней среды, особенно к теплу. Семена проростают при температуре 12–14°С, оптимальной же для роста и развития растений является температура воздуха днем 25–30°С, а ночью 15–18°С. Таким образом, для расчетов температура внутреннего воздуха теплицы составит 25°С [6].Мощность системы воздушного отопления тепличного комплекса при расчете по формуле [2] составляет Q= (4,2 + 0,4)∙[25 – (–16)}� = 1,82106 ккал/год. Поскольку в большинстве случаев мощность отопительного оборудования определяется в ваттах, эта величина составляет 2,12 МВт. Оборудование рассчитано на такую мощность во избежание замерзания растений в морозные дни. Конечно же, система отопления не будет работать на полную мощность все шесть-семь месяцев отопительного сезона. Для такой мощности стоимость «фанкойловой» системы воздушного отопления и кондиционирования теплицы (при стоимости 1 кВт тепловой мощности $130–500) составит в среднем $275–1000 тыс. Выводы Воздушная система отопления имеет такие особенности: 1. В теплице отсутствуют трубы, которые осложняют обработку почвы. 2. Простая регулировка температуры вследствие малой инерционности системы. 3. Есть возможность вечернего освещения теплицы (при одновременном получении из геотермального источника тепловой и электрической энергии). 4. Система обеспечивает проветривание в теплый период года. С применением комбинированных систем отопления теплиц существенно уменьшается металоемкость установки и сокращаются капитальные затраты.
1.Балашов В. Сотворение тропиков (оборудование для стационарных систем отопления оранжерей и зимних садов) // Журнал «Идеи вашего дома». №2(92)/2006. 2.Гарбуз В.М., Сасин А.В.,Аксенов В.С. и др.Метод расчета тепловых потерь теплиц // Промышленная энергетика.№11/1981. 3.СНиП 2.10.04–85.Теплицы и парники.— Введен 01.01.1986. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. 4.СНиП 2.04.05–91*.Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Введен 01.01.1992. М.: ГУП ЦПП,2001. 5.СНиП 2.01.01–82.Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. М.:Стройиздат, 1983. 6.Сучасні технології овочівництва // За ред. К.І.Яковенка. — Харків: Інститут овочівництва та баштанництва УААН.— 2001.
