Принципы нагрева от солнца

Отопление теплицы.

Нормальное развитие растений в защищенном грунте воз­можно при обеспечении определенного теплового режима, на­пример в зимне-осенний период при температуре не ниже +18 °С. В теплицах может применяться один из видов обогрева (или их сочетание): технический, биологический и солнечный. Технический - это печное или водяное отопление - служит для обогрева теплиц площадью свыше 15 м². Печное отопление - это собственно печь, горизонтальный дымоход (боров) и дымовая труба (рис. 23).

Топочное отверстие обычно выводят в тамбур. Дымоход под стеллажами прокладывают не горизонтально, а немного приподнимая его по мере приближения к трубе (не менее 1,5 см на 1 м длины дымохода) для лучшей тяги печи. На стыке дымоходах трубой следует оставлять вьюшечное отверстие для его чистки и разжигания печи, если слабая тяга во время ненастной погоды. При устройстве печи соблюдают такие противопожарные требования: расстояние между стенкой теплицы, печью и дымоходом должно быть не менее 0,25 м; минимальное расстояние от верха дымохода до стеллажа - не менее 0,15 м. Для обогрева теплицы применяют также водяное отопле­ние. Устанавливаемый в тамбуре котел работает на твердом или жидком топливе. Змеевик из трубы диаметром 72 мм (3 дюйма) в виде буквы М можно монтировать для вертикальной печи. Схема отопления теплицы представлена на рис. 3.

При монтаже трубы горячей воды под коньком теплицы укладыва­ют с небольшим уклоном. Трубы диаметром 2 дюйма, по две с каждой стороны, пропускают под стеллажами. Для дополнительного обогрева прокладывают трубы подлоткового обогрева, обогрева стекла, а также устанавливают отопительные секции. Для правильной циркуляции воды устанавливают расши­рительный бачок вместимостью 20….30 л, соединенный с са­мой высокой частью питающей трубы, идущей над коньком теплицы. Для этих целей можно использовать трубы водогазопроводные стальные диаметром от 6 до 157 мм длиной 4-12 м, рассчитанные на давление до 10 атм (1 МПа). Для отопления рекомендуется использовать котлы водо­грейные КЧМ с площадью поверхности нагрева 1,23; 1,67; 2,11; 2,51; 2, 95; 3,39; 3,83; 4,23 м², которая зависит от коли­чества секций (от трех до десяти). В каждом котле смонтиро­вано две крайние и несколько средних чугунных секций, а также топка для сжигания твердого топлива. Перед вводом в эксплуатацию поверхность котлов окра­шивают темной огнеупорной краской. При их покупке необ­ходимо проверить комплектность (расширительный бачок, термометр с гильзой, кочегарный инструмент, инструкция по эксплуатации). Нагревательные приборы - радиаторы, ребристые и отопи­ тельные панели выпускаются стальные и чугунные. Радиато­ры делятся на высокие (расстояние между центрами отвер­стий 1 м), средние (0,5 м) и низкие (0,3 м). Отдельные пусто­телые секции соединяются в блоки. Для соединения труб, а также для подсоединения нагрева­тельных приборов к водогрейным котлам нужна такая арма­тура (размеры даны в дюймах; 1 дюйм равен 25,4 мм):

Муфты прямые...................... 1/2-3

Муфты переходные ..... 1/2×3/8—3×2½

Угольники прямые................. 1/2-3

Угольники переходные...........3/4×1/2— 1½×1

Тройники прямые .................. 1/4—3

Тройники переходные............1×3/4—2×1

Кресты прямые..........................1/2—3

Контргайки ..................... 1/2—3

Инженер-строитель Ю. Васильев предложил кирпичную малогабаритную (38×76 см) печь (рис. 24).

Она не требует специального фундамента. При высоте 148 см весит 750 кг. Для обогрева теплиц промышленностью выпускается обог­реватель каталитический газовый "Гелиос", работающий на сжиженном газе пропан-бутан (рис. 25).

Техническая характеристика обогревателя:

Номинальная тепловая мощность . . . 2 кВт

Температура излучающей поверхности катализатора 400°С-500°С

Время запуска обогревателя................. 10-15 мин

Масса................................................. 11,6 кг

Габариты…………………..310x565x400 мм

"Гелиос" во время работы взрыво-и пожаробезопасен, так как принцип его действия основан на окислении углеводорода кислородом воздуха в парах катализатора с температурой ни­же температуры воспламенения углеводорода. Двух литровых баллонов достаточно на шесть-семь часов непрерывной работы обогревателя. Выделяющиеся углекис­лый газ и пары воды благоприятно воздействуют на развитие растений.

Рекомендуется также использовать переносной электри­ческий обогреватель (рис. 26).

Его конструкция несложная. К трубе высотой 1 м диаметром 100-150 мм с одной стороны приваривают ТЭН (теплоэлектронагревательный элемент) мощностью порядка 1 кВт и подключают радиатор. Электрическая схема может быть двух вариантов. При ис­пользовании реле переменного «тока типа МКУ-48 (рис. 27,а)

со снижением температуры до ус­тановленной срабатывает теп­ловое биметаллическое реле ти­па КТР (работающее при сни­жении температуры на замыка­ние). Оно контактами КТР.1 замыкает реле К.1, которое контактами К1.1 включает ТЭН. Как только температура в теплице достигает заданной, контакты тепловою реле КТР.1 размыкаются и обогреватель выключается. При втором варианте в схеме с реле постоянного тока (рис. 27,б) имеется выпрямитель и контакты реле рассчитаны на пропуск тока более 5 А. Применять для обогрева теплиц открытые электронагре­ватели нежелательно, так как они значительно снижают влажность грунта и воздуха.

Биологический обогрев - это тепло, выделяемое микроор­ганизмами при разложении органических материалов. При этом воздух обогащается углекислым газом. Основные виды и характеристика биотоплива представле­ны в табл. 10.

Лучшим биотопливом является свежий конский навоз (без примесей). Если в него добавить соломы, он греет меньше и не так продолжительно. Используют также искусственный на­воз. Для этого слоями укладывают мелконарезанную (до 5 см) солому, известково-аммиачную селитру и суперфосфат (10: 0,2:0,3 кг), поливают горячей водой, уплотняют и засыпают землей. Слой биотоплива обычно закладывают высотой 25 см, слой компостной земли сверху до 20 см. При применении биотоплива необходимо придерживаться следующих рекомендаций: при использовании коровьего и свиного навоза к нему обя­зательно нужно подмешивать резаную солому и другие мате­риалы, способствующие рыхлости (опилки, лузга и др.); к древесным листьям (кроме ольхи и дуба) для повышения температуры подмешивают не менее 25 % коровьего или сви­ного навоза; в слаборазложившийся торф добавляют до 30 % коровяка; в солому после измельчения и увлажнения добавляют 0,6%-й раствор мочевины до полного насыщения; мусор хорошо разлагается при наличии в нем 30-40 % бумаги и тряпья. Известен также вариант "теплой грядки". Бе подземная часть может быть в двух вариантах. Первый - с обогревом биотопливом (рис. 28).

Для этого осенью роют траншею дли­ной 7-8 м, глубиной 1,1м, шириной по низу и по верху соот­ветственно 1,3 и 1,5-1,6 м. Грунт - желательно глина, а на супеси дно выстилают в два слоя старой, но не порванной пленкой или клеенкой. На дно укладывают солому, траву, стебли, ботву, все, что не нужно на огороде, на высоту 15-35 см, затем кладут кругляки любых пород дерева, кустарник, всевозможные отходы древесины, кору, опилки, валежник вперемешку с травой, камышом. Все хорошо утрамбовывают, так чтобы получилось на 5-10 см выше траншеи. После этого с двух сторон траншеи закладывают под плен­ку 4 керамические дренажные трубки, по которым перед на­чалом работы «теплой грядки» подается 70-100 л горячей во­ды с целью активного горения смеси, а также через которые выходят газы при сгорании биотоплива. Для контроля за уровнем воды на дне траншеи в конце ее вертикально устанавливают асбестовую трубу диаметром 100 мм и высотой 1,4-1,5 м. При необходимости через нее же можно откачать лишнюю воду с высоким содержанием удобрений, прежде всего азотных, для топлива. Работает такая система до четырех лет беспрерывно. Второй вариант предназначен для тех, кто хочет иметь надежный вариант "теплой грядки". При наличии электро­энергии с трехфазным напряжением от биотоплива можно отказаться. Для обогрева используется электронагреватель­ный провод марки ПОСХВ диаметром 1,1 мм с двухслойной полиэтиленовой изоляцией. Грядку устраивают так. Дно траншеи глубиной 60 см усти­лают дренирующим слоем (песок, шлак) до 35 см, поверх него кладут провод. Для регулирования и поддержания определен­ной температуры грунта используют контактный термометр или прибор ПТР-2. На грядку площадью 15 м2 расходуется 180-200 м провода - обычно до 20 витков с укладкой зигзагами. В торцах устанав­ ливают деревянные планки с пазами. Для обеспечения максимальной теплоотдачи провода обычно располагают как можно ближе к поверхности почвы, но не менее 0,25 м, чтобы обеспечить механизированную об­ работку почвы. Монтируют провод тремя способами. При первом провод ПОСХВ устраивают в подпочвенном слое с покрытием цемен-тно-песчаным раствором толщиной 0,05 м. Считается, что такое покрытие нагревательного провода служит для механи­ческой защиты от повреждений. Однако этот способ достаточ­но трудоемкий, требует больших затрат. Применяется он при укладке на глубину до 0,3 м. Разогрев почвы до максимальной температуры 17°С длит­ся 36 ч. Благодаря хорошим аккумулирующим свойствам цементно-песчаного покрытия температура почвы не изменяет­ся в течение 0,5 ч после отключения электроэнергии. При втором способе провод помещают в слой песка толщи­ной 0,1 м с последующей засыпкой растительным грунтом высотой 0,25 м. По сравнению с первым такой способ на 35 % дешевле. Разогрев почвы до 21°С длится 26 ч. Хорошая тепло-проводность песка обеспечивает равномерный нагрев почвы. Непосредственно в растительный слой на глубину 0,3 м провод укладывают при третьем способе. Для этого использу­ют специальное приспособление на базе культиватора. Разо­грев почвы до максимальной температуры 24°С длится 19 ч. Однако при этом имеет место существенный недостаток: в процессе эксплуатации вокруг нагревательного провода спе­кается плотный слой почвы, который резко снижает теплоот­дачу.

Геотермальные воды (подземные природные воды с темпе­ратурой более 37°С) относятся к одному из наиболее важных видов возобновляемых источников энергии. В нашей стране бассейны с геотермальной водой различной температуры (40...200°С) имеются в Крыму, Закарпатье и других районах. При возможности устройства скважины такие воды могут быть дешевым способом обогрева теплиц. Но при этом следует учитывать их минерализацию и агрессивность, которые вы­зывают коррозию и солеотложение в трубопроводах и обору­довании. Наиболее оптимальна для теплоснабжения теплиц пре­сная, слабо газонасыщенная неагрессивная геотермальная во­да. Она без всякой специальной обработки может использо­ваться в системах отопления, а также для полива с учетом ее химического состава и агротехнических условий. При монтаже систем отопления на геотермальных водах необходимо: обеспечить возможность продувки системы в целом и от­дельных ее частей; устанавливать преимущественно бессальниковую армату­ру при минимальном количестве резьбовых соединении; добиться, чтобы скорость движения воды во всех элементах системы была не менее 0,2 м/с для выноса взвесей»1 шлама и воздуха; сечение труб подбирать с запасом на 30...40 %; предусмотреть сети для сброса геотермальной воды из ме­ таллических труб; обеспечить способы защиты систем от коррозии и солеотложения (применение ингибиторов коррозии, антинакипных реагентов, катодной и протекторной защит и др.). Термальные воды также могут быть использованы для до­ полнительной изоляции и нагревания. Их распыляют между слоями двойной фольги на крыше, в результате чего энергети­ ческие расходы по сравнению с обычной теплицей снижаются на 50-60 %. Без изменения конструкции такие теплицы могут быть успешно использованы и для охлаждения: водный экран со­здает овощным культурам оптимальные условия. Известно немало примеров использования солнечной энергии для обогрева индивидуальных теплиц. Но этот неис­черпаемый и идеально чистый с экологической точки зрения источник энергии применительно к отоплению теплиц имеет свои недостатки: прерывистость и сезонная изменчивость из­лучения (зависимость от погоды, времени суток и времени года), низкая плотность светового потока, необходимость пре­образования лучистой энергии в другие виды тепловой энер­гии. Система гелиоснабжения (рис. 29)

включает следующие элементы: солнечный коллектор (гелиоприемник), аккумулятор тепла, запасающий энергию на период различной продолжитель­ности, систему трубопроводов или воздуховодов, по которым теплоноситель поступает от коллектора к растениям; насос или вентиляторы для подачи теплоносителя, дополнительный источник тепла, обеспечивающий необходимое количество тепла при отказе аккумулятора или коллектора. В качестве теплоносителя в системе гелиоснабжения при­меняют воду или воздух. Использование воды более эффек­тивно, так как ее удельная теплоемкость значительно выше, чем воздуха. Существует несколько вариантов гелиотеплиц. Одна из конструкций предполагает покрытие из трех слоев полиэти­леновой пленки. В пространство между двумя внутренними слоями подается мелко распыленная вода в виде аэрозоля, которая нагревается солнцем и, конденсируясь на внутренней поверхности пленки, стекает но ней в железобетонный желоб, размещенный по контуру теплицы. Вода стекает теплая, поэ­тому ее перед сбросом пропускают через аккумулятор и систе­му отопления теплицы. Покрытие теплицы можно также выполнить из светопрозрачных пластмассовых панелей или двух слоев профилиро­ванного стеклопластика. В качестве теплоносителей в них применяют жидкость с увеличенной поглощающей способно­стью. Рассмотренные системы достаточно сложны. Существует более простой способ использования солнечной энергии. Эф­фективность работы такой установки (рис. 30)

обеспечивает нагревательная батарея, состоящая из 30 параллельно уло­женных латунных трубок диаметром 16 мм, спаянных по тор­цам в сборный коллектор сечением 40 x 40 мм. Если нет трубок, можно использовать листы жести или кровельного железа с зазором в 10.. 15 мм. Для подачи холодной воды и отвода горячей устанавливают патрубки. Батарею помещают в изо­лированный (утепленный) ящик размером 1,2 x1,0 м. Сверху его накрывают (под углом 35°) окрашенным в черный цвет стеклом. Нагревательная система обращена стеклами на юг; резиновыми шлангами она соединяется с бачком или бочкой, доверху заполненными водой. Под воздействием солнечных лучей вода в замкнутой циркуляционной системе приходит в движение и к 12... 13 ч нагревается до 35...45°С, а к 17 - до 55…60 ° С. Важным элементом любой системы гелиотеплоснабжения является аккумулятор тепла. Основой последнего служит теплоаккумулирующий материал, обладающий высокой тепло­емкостью и плотностью, имеющий минимальную стоимость, а также являющийся безопасным и нетоксичным. Материал по­мещается в емкость, изолирующую его от окружающей среды и ограничивающую потери тепла. Соответствующее оборудо­вание и теплоноситель предназначены для передачи тепла от источника энергии к теплоаккумулирующему материалу при зарядке аккумулятора и от теплоаккумулирующего материа­ла к потребителю. Опытные данные свидетельствуют, что наиболее рацио­нально использовать в качестве аккумулятора грунт и основа­ние под ним, а в качестве теплоносителя - воду. В Средней Азии, например, используются гелиотеплицы с простейшими аккумуляторами тепла (рис. 31).

Слой теплоизолятора, на­пример полистирола, покрывается пленкой, крупнозерни­стым водонасыщенным песком и грунтом. Более надежной считается конструкция аккумулятора, состоящего из распо­ложенных под грунтом теплицы слоев полистирола, полиэти­леновой пленки, гравия, пористого бетона. Даже такие про­стые решения позволяют при температуре наружного воздуха до -15° С поддерживать в теп­лице параметры воздуха, бла­гоприятные для выращивания растений. Максимально использовать солнечную энергию позволяет асимметричная конструкция кровли (рис. 32).

Она устраи­вается так, чтобы в полдень, во время зимнего стояния Солнца (21 декабря), направление лу­чей было перпендикулярно ей. В день летнего солнцестояния (21 июня) большинство лучей отражается от крыши, умень­шается перегрев теплицы. Такая конструкция позволяет до 15...20 % увеличить поступление солнечной радиации в зим­ний, осенний и весенний периоды по сравнению с обычной теплицей. Для сохранения тепла рекомендуется использовать защит­ные экраны из полимерных материалов, временно устанавли­вать пенопластовые панели, особенно с северной стороны. Аккумулятором тепла также может быть металлическая бочка (рис. 33)

вместимостью 200-300 л, устанавливаемая в хорошо утепленный ящик. Ее подключают к гелиоустановке, располагаемой рядом. Как видим, систем и способов обогрева растений в теплицах немало.

http://energi.ucoz.ru/index/otoplenie_teplicy/0-45