Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


13.12.2015

Водяной обогрев. Это самый распространенный и эффективный способ обогрева культивационных сооружений. Теплоноситель — горячая вода, полученная в котельной, отбросные воды промышленных предприятий и тепловых электростанций, а также геотермальные воды.
Наиболее перспективный и экономичный путь развития защищенного грунта заключается в утилизации промышленных тепловых отходов и использовании термальных вод в районах, имеющих их источники.
Теплую воду (30...70°С), получаемую в результате производственного процесса на заводах и тепловых электростанциях, приходится специально охлаждать в градирнях или брызгальных бассейнах для того, чтобы ее можно было снова использовать. Огромное количество тепловой энергии, которая могла бы пойти на обогрев сооружений защищенного грунта, теряется при этом безвозвратно.
На конденсационных тепловых и атомных электростанциях около 50...55% тепла уносится охлаждающей водой конденсаторов турбин. По данным института «Теплоэлектропроект», только в европейской части России эти электростанции сбрасывают около 2,1*10в9 ГДж тепла в год, что эквивалентно сжиганию более 70 млн. т условного топлива. Значительным источником бросового тепла являются также металлургические и нефтеперерабатывающие заводы, предприятия химической промышленности.
Советский Союз обладает большими ресурсами геотермальных вод, аккумулирующих в себе практически неисчерпаемые запасы тепловой энергии. Крупные термальные источники сосредоточены на Дальнем Востоке, особенно в Камчатской и Магаданской областях, в районах Байкала, Западной Сибири, на юге Средней Азии и на Кавказе.
Для теплоснабжения сооружений защищенного грунта экономически целесообразно использовать те источники, мощность которых не менее 2,9...3,5 кВт, а температура воды при выходе на поверхность земли не ниже 40°С. При повышенной минерализации воды (более 2 г/л) необходимо применять систему отопления с водоводяным теплообменником во избежание большого засорения и даже возможной закупорки труб солями, выпадающими из воды в твердый осадок.

Виды технического обогрева защищенного грунта

В Грузинском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства разработана схема обогрева парников термальными водами с применением такого теплообменника. Непосредственный обогрев парников осуществляется пресной водой, выполняющей роль вторичного теплоносителя (рис. 86). Высокотермальная вода (70...90°С) поступает в теплообменник и нагревает пресную воду до 35...30°С. Па выходе из теплообменника температура термальной воды 37°С, что позволяет использовать ее в бальнеологических целях для лечебных ванн.
Затраты на отопление культивационного сооружения зависят от количества тепла, расходуемого на 1 м2 его инвентарной площади, и стоимости единицы тепла. Расход тепла на обогрев теплиц и парников определяется их теплотехническими характеристиками и качеством эксплуатации систем отопления и вентиляции. Стоимость единицы тепла зависит от вида источника технического обогрева.
Виды технического обогрева защищенного грунта

При отоплении культивационных сооружений тепловыми отходами промышленности и термальными водами достигается большой экономический эффект. Отпадает необходимость в строительстве котельной, что дает экономию в размере около 30 тыс. руб. на каждые 1000 м2 инвентарной площади защищенного грунта. исключаются расходы па топливо, водоснабжение котельной, обслуживание и ремонт котельных агрегатов, высвобождается большое количество обслуживающего персонала для работы в сфере материального производства.
Годовую экономию условного топлива (т/год) при использовании тепловых отходов в виде горячей воды определяют по формуле
Виды технического обогрева защищенного грунта

Для транспортировки теплоносителя от промышленного предприятия, электростанции или термального источника до теплично-парникового хозяйства необходимо соорудить тепловую сеть и насосную станцию. С целью сокращения протяженности сети крупные тепличные комбинаты, способные полностью потребить тепловые отходы промышленности, следует строить ближе к городу.
Капиталовложения (руб.) в тепловую сеть, состоящую из n участков с различными диаметрами di (м), имеющих разную длину li (м), определяют по формуле
Виды технического обогрева защищенного грунта

Постоянные коэффициенты а и b зависят от конструкции сети и влажности грунта. Так, для бесканальной прокладки в сухом грунте принимают а=2 руб/м, b=100 руб/м2; для подземной прокладки в непроходных железобетонных каналах при сухом грунте а=0, b=140 руб/м2, при мокром — а=10 руб/м, b=150 pуб/м2.
Годовые эксплуатационные расходы (руб/год) по тепловой сети исчисляют в долях ее начальной стоимости:
Виды технического обогрева защищенного грунта

Опыт эксплуатации теплично-парниковых хозяйств, использующих тепловые отходы промышленности, показывает, что средняя экономия по капиталовложениям с учетом стоимости насосных станций по сравнению с теплоснабжением от собственных котельных составляет 67%. Себестоимость продукции снижается при этом в среднем на 46%, а в осенне-зимних условиях — на 75...85%.
Весьма эффективно также использовать для обогрева теплиц и парников термальные воды. Стоимость тепловой энергии уменьшается в 5...7 раз по сравнению с применением традиционных видов топлива. Так, Пара-тунский теплично-парниковый комбинат на термальных водах (близ г. Петропавловска-Камчатского) полезной площадью 60 тыс. м2 выпускает товарной продукции на сумму более 2 млн. руб. Годовая экономия условного топлива на комбинате составляет 6500 т.
В качестве нагревательных приборов водяного отопления культивационных сооружений в зависимости от температуры теплоносителя используют стеклянные, пластмассовые или стальные трубы с антикоррозионным покрытием. Применение стальных труб в системах подпочвенного обогрева не допускается.
Для отопления воздушною пространства в грунтовых теплицах нагревательные трубы размешают под остекленной кровлей и вдоль цоколей (рис. 87), а в стеллажных, кроме того, и под стеллажами с рассадой (рис. 88). В парниках трубы прокладывают вдоль парубней (рис. 89).
Виды технического обогрева защищенного грунта

Для климатических районов с низкой расчетной температурой наружного воздуха большое число обогревательных труб, требующихся для компенсации потерь через ограждения теплицы, будет занимать немалую полезную площадь и давать значительное затенение растений. Это устраняют, применяя так называемую совмещенную систему отопления, в которой отопительные трубы выполняют также роль несущих конструкций теплицы.
Водяное отопление может быть с естественной и принудительной циркуляцией. Ранее указывалось, что естественная циркуляция происходит за счет разных плотностей охлажденной и горячей воды. Для лучшей циркуляции отопительные трубы должны быть большого диаметра (не менее 100 мм) и располагаться выше генератора тепла. При естественной циркуляции водяное отопление не дает равномерного распределения тепла по всей площади теплицы, регулирование затруднительно, и поэтому такой способ используется только в теплицах с небольшой площадью.
Принудительная циркуляция, создаваемая насосами, дает более равномерный обогрев культивационного сооружения и требует меньшего расхода отопительных труб. Кроме того, система водяного отопления с насосной циркуляцией легче регулируется.
Комбинированное отопление. Для обогрева теплиц широко применяется комбинированное отопление, представляющее собой сочетание водяного отопления с воздушно-калориферным. В этом случае общая поверхность нагревательных труб водяного отопления получается меньше, так как расчет ведут на более высокую наружную температуру (например, вместо lп=-25° С берут tн=15°С). Вся пиковая нагрузка покрывается за счет дополнительного калориферного обогрева, который, к тому же, улучшает условия воздухообмена и легко регулируется, создавая оптимальный температурно-влажностный режим.
Виды технического обогрева защищенного грунта

На рисунке 90 показан поперечный разрез грунтовой зимней теплицы площадью 1000 м2, имеющей комбинированное отопление.
Водяное отопление — двухтрубное, состоящее из четырем самостоятельных систем: подпочвенного обогрева, отопления цокольной части, отопления торца теплицы и отопления кровли (совмещенные конструкции). Эти системы разделены на левую И правую половины, управляемые от отдельных распределительных коллекторов 2. Пройдя все нагревательные трубы 8, 9, вода поступает через обратный трубопровод 12, проложенный вдоль теплицы, в узел ввода и далее в теплотрассу.
Воздух из системы водяного отопления удаляется через воздухосборники с автоматическими воздухоотводчиками 3.
Дополнительный обогрев — от двух воздушно-отопительных агрегатов 6 с автоматизированным управлением, установленных в противоположных торцах теплицы на высоте 1,9 м. При теплоносителе воде с параметрами 95...70°С применяют агрегаты АПВ-200/140; если параметры воды 130...70°С, то АПВС-110-80.
Все детали отопительного оборудования окрашивают белой масляной краской, чтобы в теплице меньше поглощалось света.
Гипронисельпромом разработана серия типовых проектов блочных остекленных теплиц промышленного типа. Базовой моделью в этой серии является теплица, состоящая из шести одногектарных блоков, объединенных соединительным коридором. Теплоснабжение шестигектарной теплицы осуществляется от автономной котельной. Рассадное отделение площадью 0,5 га, расположенное в одном из блоков, оборудовано также электродосвечиванием.
Водяное отопление теплицы включает системы шатрового, контурного, подпочвенного и надпочвенного обогрева.
Обогревательные трубы воздушного пространства теплицы размещены под остекленной кровлей (шатровый обогрев) и вдоль наружных стен (контурный обогрев).
Полиэтиленовые трубы подпочвенного отопления укладывают на глубине 35.. 40 см в дренажном слое песка на расстоянии 360 мм друг от друга. В центральных районах страны регистры подпочвенного обогрева представляют собой сплошной экран под всей площадью теплицы, в южных районах — только в рассадном отделение теплицы.
Трубы надпочвенного обогрева способствуют поддержанию повышенной температуры воздуха в приземной зоне, что очень важно для профилактики болезней растений. Они присоединены к системе отопления при помощи гибких шлангов из термостойкой резины Благодаря этому трубы можно убирать с поверхности почвы во время ее обработки и укладывать на кронштейны стоек вдоль звена теплицы. Стальные трубы надпочвенного обогрева выполняют также роль рельсов, но которым движутся ручные тележки, используемые при уборке урожая и уходе за растениями.
Воздушный обогрев. Этот вид обогрева весьма перспективен в качестве дополнительного (аварийного) отопления, работающего только в очень холодные дни эксплуатационного сезона культивационного сооружения, а также и как самостоятельная форма обогрева, особенно для теплиц и парников с пленочным покрытием. Теплоносителем служит воздух, нагреваемый в калориферах или теплогенераторах. Теплогенераторы размещают в специальных вентиляционных камерах, установленных с внешней стороны теплицы на расстоянии 1 м от стены. Наружный воздуховод покрывают теплоизоляцией.
Системы воздушного обогрева работают с забором свежего воздуха или с рециркуляцией воздуха отапливаемого помещения.
Схема отопления может быть с сосредоточенным или рассредоточенным выпуском теплоносителя.
При сосредоточенном выпуске отпадает необходимость в каких-либо распределительных каналах, так как нагретый в калорифере воздух продувается вентилятором через помещение турбулентными струями поверх растений. Этот способ воздушного отопления имеет существенный недостаток, заключающийся и значительной неравномерности обогрева культивационного помещения (особенно больших блочных теплиц).
Широкое распространение получает воздушно-калориферный обогрев теплиц и парников с рассредоточенной подачей нагретого воздуха. Перфорированные трубы из полимерных пленочных материалов создают равномерное распределение теплоносителя по всей площади помещения. Обычно для этой цели используется бесшовный полиэтиленовый рукав с тол шиной стенок 0,06...0,10 мм. Боковые отверстия для выхода воздуха делают с обеих сторон трубы на равном расстоянии друг от друга. Соединяют трубы при помощи арматуры из оцинкованного железа.
Распределительные воздуховоды прокладывают вдоль теплицы на расстоянии 3...4 м друг от друга. Устанавливают трубы на легкие деревянные опоры вблизи поверхности почвы, что обеспечивает выпуск струй теплого воздуха непосредственно в зону произрастания растений. Продуктивность растений при этом не снижается, так как относительная влажность воздуха в зоне растений уменьшается незначительно (на 7...10%), но не бывает ниже 80%.
В системе воздушного обогрева утепленного грунта с пленочным укрытием за счет энергии низкопотенциальных тепловых отходов промышленных предприятий вода с температурой 30...60°С поступает в контактны» теплообменник в котором нагревает и увлажняет до 100% воздух, нагнетаемый вентилятором в систему отопления. Обогревают почву асбоцементные трубы диаметром 100 мм, уложенные на глубине 40 см на расстоянии 80см друг от друга. По всей длине труб через каждые 80 см просверлены отверстия диаметром 8 мм, через которые выходит некоторое количество воздуха для увлажнения почвы. При понижении температуры наружного воздуха нагретый воздух подается из системы обогрева грунта под пленочное укрытие через патрубки диаметром 100 мм, установленные под углом 45° к поверхности грунта.
Теплообменник контактного типа представляет собой оросительную камеру с трубными решетками, па которых установлены форсунки, распиливающие горячую воду. В оросительной камере установлен специальный сепаратор, который предотвращает унос воды воздушным потоком.
При температуре воды 35..55°С воздух в теплообменнике нагревается до 28...33° С. Температуру воздуха повышают, увеличивая количество горячей поды, проходящей через теплообменник, или применяя форсунки с более тонким распылом.
Оценка эффективности различных систем воздушного отопления. Тепловая мощность системы обогрева культивационного помещения определялась по формуле (130) при условии, что расчетная температура внутреннего воздуха tв одинакова по всей теплине. Для водяного отопления такое допущение в расчете можно принимать без большой погрешности, так как нагревательные трубы располагаются по всему контуру ограждения и в почве.
При воздушном обогреве действительная температура воздуха неравномерна, особенно по высоте теплицы. Поэтому задача сводится к обеспечению необходимого температурного режима в рабочей зоне теплицы, то есть в слое воздуха, определяемом высотой растений.
Средняя температура воздуха tв.огр у внутренней поверхности ограждения всегда больше, чем температура tр.з в рабочей зоне. В то же время фактические теплопотери через ограждения будут зависеть от значения tв.огр.
Эффективность различных систем воздушного отопления оценивается безразмерным критерием β<1, определяемым отношением
Виды технического обогрева защищенного грунта

Тогда формула (130) может быть записана в следующем виде:
Виды технического обогрева защищенного грунта

Таким образом, экономичность системы воздушного отопления будет тем выше, чем больше величина β.
Агрофизическим институтом (АФИ) были проведены исследования по определению температурных полей в поперечном сечении блочных пленочных теплиц при калориферном обогреве с сосредоточенной и рассредоточенной подачей нагретого воздуха при различных месторасположениях распределительных воздуховодов. Результаты экспериментов, выполненных в условиях, tн=13° С, показали, что при сосредоточенной подаче теплоносителя β=0,35, при поступлении нагретого воздуха в теплицу через перфорированные трубы, размешенные в верхней ее части, β=0,6, и, наконец, лучший вариант (β=0,9) соответствует расположению воздуховодов в приземной части теплицы.
Тепловой расчет распределительных воздуховодов системы воздушного обогрева. Основные конструктивные размеры распределительных воздуховодов, обеспечивающие их требуемую теплоотдачу, определяют расчетом.
Методика расчета тонкостенных, равномерно перфорированных труб постоянного сечения с заглушенным концом разработана Д.А. Куртенером и А.Ф. Чудновским для следующих условий: труба расположена в помещении с постоянными параметрами внутреннего воздуха, теплоемкость и плотность теплоносителя не изменяются по всей длине трубы.
Теплоотдача перфорированной трубы слагается из количества тепла, уходящего с воздухом через боковые отверстия, и теплопередачи через ее стенки.
Если ΔQ — теплоотдача элемента трубы длиной Δl, то теплоотдача в данном сечении трубы
Виды технического обогрева защищенного грунта

и по длине трубы неравномерна.
Обозначим через l расстояние от начального сечения трубы до рассматриваемого, отнесенное к длине трубы (l=I/L); тогда максимальное отклонение теплоотдачи εmах от первоначального значения в пределах 0≤l≤0,9 не должно превышать 10%.
Перепад температур в начальном сечении трубы
Виды технического обогрева защищенного грунта

Расход воздуха (м3/ч) через начальное сечение трубы
Виды технического обогрева защищенного грунта

Диаметр трубы (м) определяют по формуле
Виды технического обогрева защищенного грунта

Относительную величину боковых отверстий f, то есть суммарную площадь боковых отверстий, отнесенную к поперечному сечению трубы, находят по графику (рис, 91, кривая 1) в зависимости от безразмерного параметра n, который вычисляют по формуле
Виды технического обогрева защищенного грунта

Максимальное отклонение теплоотдачи εmax определяется как функция параметра п (рис. 91, кривая 2) В том случае, если εmах≥10%, расчет повторяют до тех пор, пока значение εmах будет меньше или равно 10%. Для этого задаются новыми значениями скорости потока воздуха vo и вновь вычисляют D и n.
Виды технического обогрева защищенного грунта

Число боковых отверстий m в трубе подсчитывают, по формуле
Виды технического обогрева защищенного грунта

Газовый обогрев. Этот вид обогрева характеризуется высокой экономичностью по сравнению с водяным отоплением за счет меньшего расхода топлива и простоты конструкции системы (отпадает необходимость в котельной. тепловых сетях и значительно сокращается расход труб внутри отапливаемых помещений). Вместе с тем газовая система отопления малоинерционная, может быть легко автоматизирована. Все это делает газовый обогрев весьма перспективным видом технического обогрева культивационных сооружений.
Газ, не содержащий сернистых соединений, можно сжигать непосредственно в теплице при помощи газовых горелок или огневых газовых калориферов. Выделяющаяся при горении углекислота используется растениями для фотосинтеза, что увеличивает их урожайность. Комплексное использование продуктов сгорания газа существенно повышает к. п. д. отопительной установки. Как показали опыты Киевской овощной фабрики, урожайность огурцов и помидоров в теплицах, оборудованных газовым обогревом, увеличивается на 50% по сравнению с урожайностью этих овощей в теплицах с водяным отоплением.
Газовый обогрев — новая форма обогрева защищенного грунта, пока еще применяемая только отдельными специализированными хозяйствами. Непосредственное сжигание газа в теплицах с пленочным покрытием — основной вид обогрева в совхозе «Минская овощная фабрика», в тепличном хозяйстве «Ухта» Коми.
Система обогрева па основе непосредственного сжигания газа в теплице при помощи атмосферных горелок показана на рисунке 92. Горелки 6 установлены на высоте 0,4...0,5 м от поверхности грунта на газопроводах 2, смонтированных вдоль продольных стен теплицы. Для защиты обслуживающего персонала от пламени горелки снабжены предохранительными металлическими сетками. Перед каждой горелкой расположены два крана: регулировочный 4 и крап 5 для отключения газа. Давление газа в системе контролируется U-образным водяным манометром 3, одно из колен которого соединено с трубкой выведенной наружу. При внезапном повышении давления газа вода выбрасывается из манометра, а газ выходит в атмосферу.
Виды технического обогрева защищенного грунта

Вследствие того что горелки смонтированы на значительном расстоянии друг от друга (6 м), боковые ограждения теплицы не имеют сплошной тепловой защиты от проникновения холодного наружного воздуха, и поэтому не все растения получают необходимый обогрев. Устранение этого недостатка путем увеличения числа горелок нерационально, так как при этом затрудняется их безопасная эксплуатация, усложняется система автоматического регулирования микроклимата в культивационном помещении, а содержание углекислого газа может превзойти допустимую норму (0,6%).
Системы обогрева непосредственным сжиганием газа в теплицах при помощи атмосферных горелок применимы в климатических районах с расчетной температурой наружного воздуха не ниже — 20° С.
Обогрев теплиц горелками инфракрасного излучения позволяет поддерживать на необходимом уровне температуру почвы и растений без нагрева до такой же температуры всего объема теплицы.
В совхозе «Тепличный» Старобешевского района Донецкой области теплицы обогреваются газовыми горелками ГИИВ-1, установленными по 7...8 штук па каждые 100 м2 защищенного грунта. Продукты горения отсасываются от горелок дымососом, после чего поступают на обогрев почвы. Часть охлажденных продуктов сгорания возвращается в теплицу для углекислотной подкормки растений, остальные выбрасываются наружу.
Более целесообразно газовое отопление при помощи специальных газовых отопительных агрегатов с подачей смеси продуктов горения газа и воздуха в теплицу через распределительные каналы. Эти же установки могут использоваться в режиме вентиляционных для охлаждения воздуха теплицы в летнее время.
Виды технического обогрева защищенного грунта

Научно-исследовательским институтом овощного хозяйства разработана контактно-газовая система обогрева, в которой источником тепла служат два комбинированных отопительно-вентиляционных агрегата конструкции Мосгазпроект — НИИОХ, размещенных в торцовых частях теплицы. Схема такого агрегата показана на рисунке 93. Газ сгорает в трех инжекционных горелках 1 и насадке 2 из теплостойкой керамики, обладающей каталитическими свойствами. Под действием разрежения, создаваемого вентилятором 6 и естественной тягой, продукты сгорания проходят вверх через водяной теплообменник 3, отдавая ему часть своего тепла. Вода, нагретая в теплообменнике, используется для обогрева грунта через полиэтиленовые трубы, уложенные на глубине 0,4 м, полива и подкормки растений и увлажнения воздуха в теплице. Продукты сгорания с пониженной температурой поступают в камеру 7, где смешиваются с рециркулируемым (из теплицы) иди свежим атмосферным воздухом. Газовоздушная смесь при температуре 50...60°С под напором вентилятора 6 равномерно распределяется по теплице через полиэтиленовые трубы с отверстиями.
Исследованиями, проведенными НИИОХ, доказано, что пленочные теплицы с контактно-газовым обогревом в условиях центральных областей европейской части России могут функционировать всю зиму. Перспективно также использование контактно-газового отопления и для остекленных зимних теплиц.