ОТОПЛЕНИЕ ТЕПЛИЦ И ПАРНИКОВ
Значение свежих овощей в рационе питания человека общеизвестно. Для круглогодового снабжения населения свежими овощами создаются специализированные хозяйства, на территории которых возводятся сооружения, защищающие почву (особенно в осенний, весенний и зимний периоды) от воздействия внешних факторов, и в этих сооружениях поддерживаются условия, необходимые для успешного и круглогодичного выращивания овощных культур.
Такими сооружениями являются стеллажные и грунтовые теплицы и парники. Стеллажные теплицы используют для выращивания рассады и овощей на специальных стеллажах, устанавливаемых на высоте 0,8...0,9 м от земляного пола теплицы. Грунтовые теплицы могут быть зимними, эксплуатируемыми в течение всего года, и весенними, эксплуатируемыми только весной, летом и осенью. Светопрозрачные ограждения теплиц, эксплуатируемых круглый год, выполняют из стекла или пленки, а используемые только весной, летом и осенью—из пленки. Парники относятся к сооружениям весеннего типа и служат в основном для выращивания рассады и ранних овощей.
Необходимые температурные условия в теплицах и парниках поддерживаются с помощью систем отопления, для которых в качестве теплоносителя используют горячую воду. При технической возможности и экономической целесообразности допустимо использование газа, электроэнергии и геотермальных вод. Для обогрева парников иногда используют и биологическое топливо (навоз, домовой мусор и др.), которое благодаря биохимическим процессам, происходящим в нем, выделяет значительное количество тепла.
Помимо поддержания необходимого температурно-влажностного режима, в зимних теплицах требуется подогрев почвы, который обеспечивается прокладкой труб системы отопления в самом грунте на некоторой глубине. Глубина заложения труб рассчитывается так, чтобы температура грунта в зоне корневой системы растений не нарушала агротехнических условий их жизни. Обычно температуру в корнеобитаемом слое почвы необходимо поддерживать на 2—3° выше температуры воздуха внутри теплицы, а на глубине 25...30 см не более 25...27°С.
Расчет систем отопления теплиц производят из условия поддержания требуемых внутренних температур при расчетной температуре наружного воздуха (параметр Б) для холодного периода года данной местности.
Внутренние температуры воздуха в теплицах рекомендуется принимать следующими: для грунтовых теплиц + 18°С; для стеллажных выгоночных +.20 °С; для стеллажных разводочных +25°С и для парников +15...18°С. В зависимости от вида культуры и фазы роста выращиваемых культур приведенные значения температур могут отклоняться в ту или иную сторону.
Относительная влажность воздуха в теплицах должна поддерживаться в пределах 65...90 %, а объемное содержание СОг не должно превышать 0,35 %
Легкие ограждающие конструкции теплиц требуют значительных расходов тепла.
Мощность, потребную для обогрева шатра теплицы и системы обогрева почвы, определяют для ночного режима эксплуатации решением системы уравнений теплового баланса, в которую входят уравнения сохранения тепла и массы (массообмен, связанный с теплообменом) для всех объемов и поверхностей сооружения, участвующих в тепло- и массообмене. Суммы потоков в уравнениях баланса являются алгебраическими.
При конструировании систем отопления теплиц необходимо обеспечивать надежность их работы, поскольку даже кратковременное снижение температуры воздуха в теплице приводит к удлинению сроков вызревания овощных культур. Поэтому в теплицах следует предусматривать автоматическое регулирование температуры и влажности воздуха, почвы и содержания С02 в воздухе. Системы автоматики не должны допускать отклонений регулируемых параметров более следующих пределов: температура воздуха ±2°С; относительная влажность ±5%; влажность почвы ±5%; содержание СОг в воздухе ±0,26 %.
Наиболее приемлемыми для теплиц являются водяные системы отопления с температурой теплоносителя не выше 130 °С, а для парников — не выше 95 °С. Особое внимание всегда следует обращать на использование отбросного тепла промышленных предприятий и ТЭЦ. Допускается для использования водяной пар, который наиболее приемлем для отопительных агрегатов воздушного отопления.
Для обогрева теплиц применяют различные системы отопления. Водяное отопление может использоваться в сочетании с воздушным. Отопительные приборы размещают у наружных вертикальных продольных и торцовых стен. Применять можно радиаторы и гладкие трубы, располагаемые вдоль стен, под стеллажами и в верхней зоне теплиц под остеклением (рис. 14.2). Расположение греющих труб под остеклением способствует быстрейшему освобождению покрытия теплиц от снега.
Для водяного отопления теплиц должны применяться стеклянные, пластмассовые и стальные трубы с соответствующей антикоррозийной защитой. Применение стальных труб для обогрева почвы не допускается.
Для обеспечения равномерного температурного поля в объеме теплицы и по площади рабочей зоны отопительные приборы размещают таким образом, чтобы суммарная мощность нагревателей, расположенных по площади рабочей зоны, составляла не менее 40 % от общей мощности системы отопления. Количественная характеристика температурного поля определяется величиной критерия устанавливающего связь между средневзвешенной температурой воздуха в рабочей зоне р.3, средневзвешенной температурой воздуха у внутренней поверхности светопрозрачиых ограждений .
В качестве отопительных приборов могут использоваться трубчатые конструкции рам и связывающих их прогонов. Опыт эксплуатации подобных теплиц на овощных фабриках Москвы и Ленинграда дал положительные результаты. Схема циркуляции воды по трубам каркаса показана на рис. 14.3.
Парники просты по устройству. Они представляют собой траншеи, обрамленные деревянным коробом и уложенными по длинным сторонам деревянными брусьями (парубнями), на которые с уклоном в южную сторону укладывается деревянная остекленная рама. Траншеи заполняют песком, толщина слоя 25...30 см, поверх которого насыпают такой же слой растительной, хорошо удобренной почвы. В современном исполнении деревянные парубни заменяют железобетонными, опирающимися на железобетонные стойки. Железобетонные парубни позволяют механизировать работы по очистке и набивке парников.
Для обогрева парников используют отбросные воды промпредприятий, пар, специально подогреваемую воду, электроэнергию.
Растительный грунт и подстеколыюе пространство обогреваются при помощи стальных или асбестоцементных труб, которые закладываются в песчаный слой. Перед закладкой в грунт стальные трубы тщательно покрывают антикоррозийной изоляцией. Расположение труб в парнике и общая схема трубопроводов парниковых кварталов показана на рис. 14.4 и 14.5.
На ночь парники закрывают специальными матами, предохраняющими их от охлаждения при ночном понижении температуры.
Потребность парников в тепле определяют из теплового баланса, в котором учитывают все теплопоступления (от теплопроводов, заложенных в грунт и прокладываемых в воздушном пространстве парника, и от солнечной радиации) и теплопотери (через ограждения, грунт в проходах между рядами парников, на нагрев инфильтрационного воздуха). Так как парники вступают в строй обычно в марте, то за расчетную наружную температуру при определении теплопотерь принимают среднемесячную температуру наиболее холодного месяца эксплуатационного периода.
Для поддержания оптимального микроклимата в парнике нагревательные устройства следует размещать так, чтобы около 40 % теплопотерь возмещалось источниками тепла, нагревающими воздух, и около 60 % — источниками тепла, заложенными в грунт.
Тепловой поток (Вт/м), поступающий в парник от одного метра длины каждой из труб, заложенных в грунт, определяется по формуле
Общее сопротивление теплопередаче R0 складывается из RB — сопротивления переходу тепла от теплоносителя к стенке трубы, RTp — сопротивления теплопередаче грунта и Ru — сопротивления теплоотдаче от поверхности грунта к воздуху парника. Необходимо учитывать и дополнительное сопротивление теплопередаче, оказываемое уложенной рядом трубой доп-
Для определения Rrp (м К/Вт) пользуются формулой
В формулах (14.5) и (14.6): h — глубина заложения греющей трубы в грунт, м; г—радиус наружной поверхности греющей трубы, м; s — расстояние между осями греющих труб, м; tap—коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м-К): для парниковых грунтов tap = 1,9 Вт/(м-К).
В последние годы парники начали заменять переносными пленочными укрытиями грунта, которые могут устанавливаться над обогреваемым и необогреваемым грунтом. Укрытия имеют» несколько вариантов изготовления сборного каркаса. Он может изготавливаться из листового стеклопластика, из алюминиевых труб или быть деревометаллическим. На каркас натягивается полиэтиленовая или полиамидная пленка. Для обогрева грунта под такими укрытиями следует использовать отбросную воду с температурой 40...50°С. Для обогрева грунта могут применяться асбестоцементные трубы марки ВНД-5, которые размещаются в грунте на расстоянии 0,7 м одна от другой. На обогреваемом грунте весной и осенью выращиваются рассада, зелень и овощи. Переносное укрытие грунта с его обогревом схематично показано на рис. 14.6.
В тепличных хозяйствах находят применение специальные теплицы для круглогодичного выращивания шампиньонов. В таких теплицах поддерживается необходимый тепловлажностный режим и отсутствуют световые проемы. Сбор шампионьонов за год составляет 76...96 кг с 1 м2.
Венгерский инженер Отмар Рутнер предложил устраивать вертикальные теплицы с передвигающимися сверху вниз стеллажами. Такая теплица, имея 10 га производственной площади, способна обеспечить овощами город с населением 100 тыс. чел.
Профессор Корольков предложил создавать теплицы с горизонтальной водоналивной кровлей, использующие воду с температурой 25...30°С, наличие которой в любом промышленном районе практически неограничено. В таких теплицах зимой и летом поддерживаются постоянные температурные условия. При устройстве водяной шубы не только сверху, но и с боков теплопотери теплицы сводятся до минимума.
