Строительство и архитектура /5.Теплогазоснабжение и вентиляция
Кубис В.А., Кубис
А.В.
Пензенский государственный университет
архитектуры и строительства,
Россия
Применение эффективной
системы отопления теплиц
Выращивание рассады
овощных и цветочных культур в закрытом грунте является экономически выгодным.
Наибольший доход можно получить в случае, когда рассада будет иметь хороший
товарный вид уже к середине апреля. Как правило, в это время, в средней полосе
России, сходит снежный покров и открывается дачный сезон. Пик продаж приходится
на майские праздники, однако, в это время на рынке рассады обостряется
конкуренция, так как многие садоводы, обладая даже простыми пленочными
теплицами, вполне могут к этому сроку вырастить отдельные виды культур и наполнить
ими рынок. В целях получения хорошего дохода от продажи рассады, владелец
личного подсобного хозяйства должен
обладать теплицей, соответствующей следующим требованиям:
-
обладать
высокими теплозащитными свойствами и высокой теплоустойчивостью;
-
иметь
систему отопления на случай сильных заморозков;
-
иметь
удобную и эффективную систему вентиляции;
-
иметь
увеличенную полезную площадь за счет я стеллажей;
Таким требованиям
удовлетворяет теплица, описанная в [1], где был проанализирован принцип
утилизации теплоты, основанный на прокачке нагретого воздуха через систему
подпочвенных труб. В работе сделан вывод о том, что теплота, запасенная в
почве течение дня, отдаваемая в ночной период, позволяет поддерживать положительную температуру в
теплице при наружных температурах воздуха до -10 °С.
Далее авторами [2] было
предложено совместить систему утилизации теплоты с источником теплоты (твердотопливным котлом).
Для нагрева воздуха был
предложена схема твердотопливного котла [3].
Котел 1
для нагрева воздуха снабжается пучком стальных труб 3, расположенных непосредственно над
топкой. Скорость воздуха в теплообменных трубах довольно высока, что, с одной
стороны, способствует более интенсивному теплообмену в котле. С другой стороны,
воздух не успевает сильно нагреваться, поэтому перегрев почвы вдоль подземных
труб мало вероятен. После прохождения воздуха через входной коллектор 2
и пучок труб 3 он поступает в коллектор 4. Вход и выход из коллекторов осуществляется
через патрубки круглого сечения 5,
что позволяет при необходимости легко присоединять или отсоединять теплообменник
от системы подпочвенных труб.
Рис. 1. Схема
котла для использования в теплице.
1 – котел; 2
– входной коллектор; 3 – пучок труб в котле; 4 – входной коллектор; 5 – присоединительный патрубок круглого
сечения.
По данным метеонаблюдений
[4] в апреле в Пензенской области, температура наружного воздуха даже в ночное
время не опускается ниже -10 °С. Поддержание
положительной температуры в теплице в этот период, обеспечивается, в основном,
системой утилизации теплоты с помощью подпочвенных труб [1]. Использование
котла для дополнительного обогрева в апреле-мае, может быть обусловлено
желанием ускорить сроки выращивания рассады.
Расчеты, выполненные в
работах [1-3] были учтены при строительстве реальной теплицы
Эта теплица предназначена для выращивания рассады
цветочных и саженцев многолетних плодово-ягодных и декоративных культур. Пуск в
эксплуатацию данной теплицы ожидается в начале марта 2013 года. Использовать
теплицы планируется с марта по ноябрь.
Теплица имеет
размеры 12,6х5,7 м., высота по коньку 2,8 м. Каркас выполнен из стального профиля
40х40х2мм. Крыша и стенки теплицы будут выполнены из сотового поликарбоната
толщиной 4 мм.
Для выращивания растений смонтированы специальные стеллажи, расположенные на
высоте 70-90 см
от пола. Данная высота наиболее удобна для работы с растениями. Стеллажи будут
оборудованы специальными коробами, которые при заполнении их водой будут
обеспечивать капиллярный полив расположенных на них стаканов и кассет с растениями.
Уклон стеллажей и расположение их на разных высотах, позволяет поочередно
заполнять их водой по принципу сообщающихся сосудов. Общая площадь стеллажей
~30 м2, но и пространство под стеллажами так же будет использоваться.
Таким образом общая полезная площадь теплицы составит порядка 60 м2, при общей
площади 72 м2.
В процессе монтажа системы подпочвенных
каналов, в целях экономии, было принято решение отказаться от дорогостоящих
труб и заменить их монолитными бетонными
каналами, залитыми по опалубке. Толщина стенок каналов зависит от точности
рытья траншеи для канала и составляет 3-5 см. Верхняя часть канала имеет толщину 5 см, но в местах пересечения
каналом проходов теплиц, толщина бетона
увеличена до 10 см
и произведено его армирование.
Стоимость материалов для монтажа каналов из
бетона (цемент + песок) оказалась в 2-3 раза ниже, чем, если бы эти каналы были
выполнены из чугунных или полиэтиленовых труб.
Для
предотвращения наполнения каналов конденсатной влагой, в их нижней части были
просверлены отверстия. Каналы расположены на глубине 20-25 см. от поверхности
почвы. Воздушные каналы находятся
непосредственно под стеллажами, это обеспечит равномерное температурное поле
вокруг них во время работы системы отопления или системы утилизации теплоты.
Каждый канал заканчивается выходным патрубком, расположенным примерно на 0,5 м выше уровня земли.
Источником
теплоты в данной теплице является кирпичная печь с установленным в ней газовоздушным
теплообменником (рис. 2).
При монтаже
теплообменника, круглые трубы, предложенные ранее, были заменены прямоугольным,
стальным профилем 50х25х2,5. Данный профиль
гораздо проще в обработке и монтаже, чем
круглые стальные трубы.
\s
Рис 2 . Монтаж печи
с газовоздушным теплообменником
Еще одним преимуществом
использования прямоугольного профиля является то, что при одинаковом живом
сечении теплообменного пучка, прямоугольный теплообменник имеет большую площадь
теплообмена по сравнению со стальными трубами.
Присоединение системы отопления и системы
утилизации теплоты к системе подпочвенных каналов, производится через тройник
(рис.5) Вверх пойдет труба, снабженная вентилятором. Сбоку будет присоединен
патрубок от теплообменника. Для закрытия или открытия каждой из систем перед
тройником будут установлены шиберы.
В марте
темное время суток составляет около 12 часов. Время горения топлива в котле в
тлеющем режиме может составлять несколько часов, остальное время температура
воздуха в теплице будет поддерживаться за счет накопленной до этого теплоты в
почве. Таким образом, предлагаемая система не потребует обременительного
обслуживания в ночное время. В дневное время (особенно в солнечные дни) теплота
в почве запасается за счет нагрева воздуха в теплице, дополнительное отопление
требуется лишь при длительной неблагоприятной погоде (облачности и низких
температурах наружного воздуха).
Теоретические расчеты,
произведенные в предыдущих работах, требуют экспериментальных подтверждений.
Литература
1.
Б.И. Свинухов, В.А. Кубис. Анализ работы системы утилизации теплоты в
теплице. / В кн.
Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном
комплексах: Сборник статей ХI
Международной научно-практической конференции. – Пенза.: Пензенский Дом знаний,
2010.
2.
Марьин
Н.К., Кубис В.А., Свинухов Б.И Способы
повышения эффективности теплиц. Экология и ресурсосберегающие технологии
на предприятиях народного хозяйства // Сборник трудов Х Международной
научно-практической конференции – Пенза.: ПДЗ, 2010.
3.
В.А. Кубис,
Б.И. Свинухов, С. П. Трунков. Эффективное отопление теплиц. Прикладные фундаментальные науки:
сб. докладов Междунар. науч. техн. конф. молодых ученых и исследователей //
Наука молодых – интеллектуальный потенциал XXI века: сб. докл. Междунар. научн.
форума. – Пенза: ПГУАС, 2011.
4.
Архив погоды в Пензе (http://rp5.ru).
| 
