ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

НАУК имени В. И. ЛЕНИНА

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по расчету и эффективному применению электрической энергии в тепловых процессах рассадных пленочных теплиц

Москва 1981

УДК 631.544:697.27

Методические рекомендации по расчету и эффективному применению электрической энергии в тепловых процессах рассадных пленочных теплиц,

М., ВИЭСХ, 1981.

Дана краткая характеристика рассадных культивационных сооружений, перечислены требования к параметрам микроклимата при выращивании рассады.

Приведена методика теплофизического и теплотехнического расчетов пленочной теплицы с обогревом шатра и почвы. Представлены схемные решения и технические средства для автоматизации теплового режима. Изложен расчет процесса двухпозиционного регулирования температуры. Освещен опыт применения систем электронагрева в защищенном грунте. Рассчитана экономическая эфективность электрообогрева применительно к пленочной теплице и сформулированы предложения по рациональному его применению.

Рекомендации предназначены для специалистов, занимающихся расчетом и проектированием систем обогрева теплиц, для инженеров и научных работников, проводящих исследования по усовершенствованию способов и систем электрообогрева. Рис 9, табл. 26, библ. 24.

Методические рекомендации разработаны канд. техн. наук В. Н. Рас-стрнгиным, канд. техн. наук Л. И. Сухаревой и М. М. Багир-заде.

@ Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), 1981

3.2. Этапы теплофизического расчета

1    этап. Составление расчетной схемы тепло- и массооб-мена в сооружении.

2    этап. Составление системы уравнений энергетического баланса сооружения, соответствующих принятой расчетной схеме и представляющих собой физико-математическую модель формирования энергетического режима в теплице.

3    этап. Приведение системы балансных уравнений к расчетному виду подстановкой численных выражений.

4    этап. Численное решение системы балансных уравнений.

3.3. Принятые допущения

При составлении расчетной схемы энергетического режима теплицы приняты следующие допущения: ночной режим сооружения;

массообменные процессы происходят только в рабочей зоне; экран (растения) как худший случай с точки зрения энергетической обеспеченности сооружения не учитывают, так как при наличии экрана снизится лучистый тепловой поток от 1поч-вы к ограждению;

влияния продуктов жизнедеятельности растений на влажностный режим в сооружении также не учитывают, так как ночью транспирация растений равна нулю;

осредненные величины температур поверхностей ограждений, почвы, слоев воздуха, потоков тепла и массы;

условия протекания процессов тепло- и массообмена в сооружении и снаружи стационарные;

термическим сопротивлением ограждения пренебрегают.

3.4. Расчетная схема теплообмена в пленочной теплице

Расчетная схема энергетического баланса пленочной теплицы в ночное время представлена на рис. 1а. Эта схема учитывает затраты тепла на инфильтрацию Q_B, испарение из почвы Q„, конденсацию влаги на внутренней поверхности ограждения теплицы Qkohji-

3.5. Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с одинарным покрытием

На основании принятой расчетной схемы энергетического режима теплицы составляют системы ур-авнений теплового баланса, в которых учитывают потоки двух категорий [6].

11

Рис. 1. Расчетная схема энергетического баланса теплицы с техническим обогревом для ночного времени: а —с одинарным ограждением; б —зонным укрытием

К первой категории относятся переменные потоки тепла и массы, которые регулируются отопительно-вентиляционными устройствами. В систему балансных уравнений они входят как неизвестные величины, подлежащие определению.

Вторую категорию составляют потоки, характеризующие тепло- и массообмен на поверхностях почвы, ограждения и в объемах теплицы, связанные с фазовыми превращениями, конвективным и лучистым теплообменом, теплопроводностью почвы. Их численно выражают через параметры, определяющие энергетическое состояние системы: геометрические и физические константы, параметры наружного и внутреннего воздуха. Теплицу рассматривают, как некоторое пространство, заполненное однородным, хорошо перемешиваемым газом и ограниченное тонкой полупрозрачной дырчатой оболочкой, а также поверхностью полуограниченного массива [71.

Методический подход к составлению уравнений теплового баланса для пленочной теплицы принимают в соответствии с рекомендациями Гипроиисельпрома [8].

3.5.1. Уравнение теплового баланса для теплицы в целом

Qm + Qn — Qn.r + Qk? + Q*2 + Qb I    (1)

где Qm и Q_n—установленная тепловая мощность (тепловой поток) соответственно систем шатрового и почвенного обогре-

ва, Вт; Q_n.r и Q_B — тепловые потоки потерь соответственно в

грунтовый массив и на инфильтрацию, Вт; Qife —тепловой поток в результате теплообмена конвекцией наружной поверхности ограждения с окружающим воздухом, Вт; Q^2 — лучистый тепловой поток от наружной поверхности ограждения, Вт.

3.5.2. Уравнение теплового баланса для поверхности почвы в теплице

Qn — Qn.r Qk.o + (?л.о + Qh I    (2)

где Q_K.₀ — конвективный тепловой поток от почвы к воздуху в рабочей зоне теплицы, Вт; Q_J1.₀ —лучистый тепловой поток от поверхности почвы в теплице, Вт; Q_v —тепловой поток, характеризующий затрату теплоты на испарение влаги из почвы, Вт.

3.5.3. Уравнение теплового баланса на поверхности ограждения теплицы

Qk2 + Qл2 + 9конд — Qk2 + Q?2 i    (3)

где Qk? —тепловой поток в результате теплообмена конвекцией внутренней поверхности ограждения с воздухом в рабочей зоне, Вт; Q^ — лучистый тепловой поток от внутренней поверхности ограждения, Вт; Q_K0п_Д —тепловой поток, характеризующий выделение теплоты при конденсации пара на внутренней поверхности ограждения, Вт.

3.5.4. Выражение тепловых потоков потерь через определяющие их параметры для теплицы со стеклянным ограждением:

где ео и е₂— степень черноты соответственно почвы и ограждения; F₂ — поверхность ограждения» м²;

2F_1t02.n 4* 2F_2i04,3    *2F8,6 -(- F^ g 14,2

-!--1- --у

Fo

где F\,о — поверхность почвы в теплице, примыкающая к наружному ограждению и имеющая ширину 2 м, м²; Р₂.о и Fз,о — то же, отстоящая от продольного наружного ограждения соответственно на 2 и 4 м, м²; Р₄,о — остальная поверхность почвы, отстоящая на 6 м от продольных наружных ограждений, м².

Qk.o — А₃т yf/т„ — У (То — t_p) F„,    (8)

где А₃ — коэффициент для расчета конвективного теплообмена (является функцией температур поверхности теплообмена и окружающего воздуха, определяется по данным, приведенным в [10]); т — коэффициент для расчета конвективного теплообмена, равный 1,3 при тo>tp и 0,7 при тo<t_p ПО]; то и t_? — температура соответственно поверхности почвы и воздуха в рабочей зоне, °С.

(9)

где г_с = 693—0,66 й — удельная теплота испарения, Вт-ч/кг

(/ж —температура жидкости, °С); -л=0,8 — коэффициент неполноты водности [8]; р— коэффициент массообмена, м/ч;

^с'\    — концентрация пара при 100%-ном насыщении и темпе

Т/ — т

0,26

Р = 0,66

Ч \    '**

(И)

ратуре поверхности почвы, кг/м³; ср_р — относительная влажность воздуха в рабочей зоне, %; с} — концентрация водяного пара насыщенного воздуха в рабочей зоне при температуре t_р, кг/м³; Р_б — барометрическое давление, мм рт. ст.;

где D — 'коэффициент диффузии, м²/ч; Lj= t Р₀» определяющий размер, м; g — ускорение силы тяжести, м²/с; v — коэф-

фициент кинематической вязкости воздуха, м²/с (принимают при /_опр [11]), у^    и v_Te' — плотность воздуха при температу

ре соответственно в рабочей зоне и поверхности почвы, кг/м³;

*опр +273 \1,М) Тбо    _/I9N

273    )    Р₆ *    ^{К }}

D =0,0754

W /₀пр — определяющая температура, ° С;

*    4- fp .

^onj)—    '    )

(13)

²⁷³    _    о,378

Г, = 1.293

'р    /_р    +    273    \760

760

(14)

где е” —упругость (парциальное давление) насыщенного

р    ,

водяного пара при температуре г_р, мм рт. ст.;

_т -- 1,293 ——— ( —— 0,378    (15)

* °    ТО    +    273    I    760    760    Г    ^V    9

где е" — упругость насыщенного водяного пара при температуре то, мм рт. ст.

Qk2 — {Fel 4* 0,77^_и2) Аъ Uр    т,/(£_р — т.), (1 б)

где Fq2 и F_N2 —площадь соответственно вертикальных и наклонных ограждений теплицы, м²; А'я — коэффициент, зависящий от определяющей температуры ^р+—    [10];    т*—

2

температура наружного ограждения, °С.

Q л2 — С_прА_п ^

То + 273 N4 100 ]

т₃ + 273 100

)>

* СпМ о 0,814 (т_э - т₂) ^ Л_п^_л.₀,    (17)

где к_п — коэффициент поглощения длинноволнового излучения, равный 0,88 для теплиц и 0,93 — парников и малогабаритных укрытий [6].

Quilt = г_с2,2 • ю-⁶ (0,5 + 0,5 т₂ + 273Д« X

X    4    _ем/?₂,    (18)

где Де— разность объемного содержания пара в воздухе, %;

v — принимают при ?^р.^^Та- Г11 ]; F₂ — поверхность иа-

2

ружиого ограждения теплицы, м²;

Д £

100

Рб

(19)

где е*_я — упругость насыщенного водяного пара при тг, мм рт. ст.

15

Qk2 — ^ак2 (ft t„) Рг,

где ct_K2 — расчетный коэффициент теплоотдачи наружного ограждения теплицы, Вт/(м²-°С);

(20)

конвекцией

«к? = 3,7

(Пи)

0,8

_L0.2

з д&иЕ.,

vtt

(21)

где а_К2 — коэффициент теплоотдачи конвекцией для наклонного участка ограждения, Вт/(м²-°С); v — скорость ветра, м/с; L — наименьший размер сооружения в плане, м;

с£г = Ю]/ v ,    (22)

где ак2 — коэффициент теплоотдачи конвекцией для вертикального участка ограждения, Вт/(м²-°С);

а

^ак2 ^Н2 + ^ак2

В2

к2

Ft

г

(23)

Qji2 = (2эф + Qokp .    (24)

где ф_Эф — эффективное излучение наружной поверхности ограждения в окружающее пространство, Вт; Q_0Kp — лучистый теплообмен наружной поверхности ограждения с окружающими почвой и строениями, Вт;

Q,* = 5,67 е₂ [(    у ^0,27 -    0,007    _Фн ejf, ) X

X"-' ’■•*) *■ W + {-4zr-y - (тг)1^х

X “Фа (О) /^?2~5,67 е₂ф₂(0) ^₂[(0,814/_н + 55,55) X X (0,27 — 0,007 cp_HeJ_H)(l -c4r)^iW +0,814 (т₂-./,!)],    (25)

где Vifa) —функция, учитывающая ориентацию ограждения; €2 — степень черноты ограждения теплицы; ф» — относительная влажность наружного воздуха; е"_н —упругость насыщенного водяного пара при температуре мм рт. ст.; с' — коэффициент, зависящий от широты местности (0,74 для 55°с. ш.; 0,7 для 45°с. ш.); п₀ — облачность в долях единицы; Ч'₂(0) = 1—функция, учитывающая взаимное расположение теплицы и окружающих строений, для отдельно стоящего сооружения [6];

_ф1(а) = ^{6д F}“^{2 +}    ,    (26)

Ft

где б_л=0.5 для облачного неба и 0,35 — безоблачного [6]; а — угол наклона кровли теплицы (а<30°);

16

Qok p = 5,67 e₂e₀^

t, -I- 273 \4    /    /„    -f    273

)>“

100 j V 100 ~ 5,67 s₂ s₀ cp₀._n Fi 0,814 (t₂ — t„),    (27)

где £<> — степень черноты поверхности почвы; ф_оп —коэффициент облученности системы «ограждение—почва и здание»;

Фо.п = 0.5

(28)

<?в = (Т/_И- т_1р) (Qn.r -I- Q+ + Q+>).    (29)

где у, — плотность наружного воздуха, кг/м³.

*11

3.5.5. Расчет суммарных тепловых потерь для теплицы с пленочным ограждением, покрытым конденсатом. Определяют коэффициент теплопередачи через остекление теплицы [6]

Qn + Q,i,_ (1+тЛ,“ Ч)(/р~Л,)

(30)

Коэффициент теплопередачи через одинарную пленку, покрытую конденсатом [6, 7]

kV= 1,1 ft? ■

(31)

Потребное количество теплоты на обогрев пленочной теплицы

=(«V,+I -I-

• (32)

Установленные тепловые мощности почвенного нагревательного устройства Q,i н шатрового Q_m определяют из следующих выражений:

о' -    ^Q11

<?_п + Q..I

(Qn + Qmi).

(33)

Qm

Qn + Qm

(34)

3.6. Пример расчета

Требуется рассчитать установленную тепловую мощность нагревательных устройств для обогрева почвы и шатра в пленочной теплице, расположенной в Центральной климатической зоне и предназначенной для производства рассады ранней белокочанной капусты.

Исходные данные:    t_H= —15°С; £_р = 7°С;    то=20°С;

ф_р = 70%; Фн =80%; ц = 5 м/с; ео =0,96; е₂=0,94; F₀= 1440 м²; F₂=2045 м²; F_b2 =394 м²; F_h2 = 1651 м²; L = 30 м; L_x = V 1440. 2-295    17

9    9

Определить Q_n и Qm . Последовательность расчета показана в табл. 4. Из расчета следует, что без учета тепла, вносимой солнечной радиацией, теплица должна иметь только почвенное нагревательное устройство удельной установленной мощностью 236 Вт/м².

3.7. Физико-математическая модель формирования энергетического режима в теплице с зонным укрытием

При выращивании рассады, имеющей высоту перед высадкой в открытый грунт не более 0,25 м, нет необходимости обогревать всю теплицу высотой 3,2—4 м. Достаточно обогреть только рабочую зону высотой 0,3 м, оградив ее от объема теплицы малогабаритными укрытиями. Такой обогрев, называемый зонным, позволяет уменьшить расход теплоты на выращивание рассады и снизить удельную тепловую мощность нагревательных устройств теплицы. Расчетная схема энергетического режима теплицы с зонным укрытием рабочего объема, в котором развивается рассада, показана на рис. 16.

В рабочей зоне 1 действуют тепловые потоки от нагревателя, заложенного в почву, Q„ и шатрового нагревателя Q_m , смонтированного под зонным укрытием.

Тепловые потоки потерь представлены затратами тепла на испарение Q„, инфильтрацию Q_Bр, а также лучистые и конвективные потоки Q_mf Qjib Quo ^и Q*cl- На внутренней поверхности зонного укрытия, покрытой конденсатом, действует поток Qkoha» учитывающий фазовое превращение водяного пара в воду. В ?1ерабочем объеме II действуют только потоки потерь на инфильтрацию Q_Bi» а также лучистый и конвективный Qm ,    2 , Qt\ и QiTi - Внутренняя поверхность наруж

ного ограждения бывает покрыта необильным конденсатом и, ввиду его незначительности, выделениями тепла при конденсации можно пренебречь.

3.7.1. Уравнение теплового баланса для рабочей зоны I

Qm + Qn " Qn .г + Q.n + Qiti + Qap i    (35)

где Q_mH Q_n —установленные тепловые мощности шатрового

и почвенного нагревателей, Вт; Qti — лучистый тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к внутренней поверхности наружного ограждения, Вт; QjJ — конвективный тепловой поток от наружной поверхности зонного укрытия к воздуху в объеме II, Вт; Q„_p — тепловой поток потерь тепла на инфильтрацию в зоне I, Вт.

18

Таблица 4

Номера формул Обозначение результаты расчета Размерность Примечание 6 спр 5 22 £0 = 0,96; е2 = 0,94; Fq = 1440 м2; ^2 = 2045 м2 5 ^об 7,1 °С т2 =—9° С 7 К? 10,53 м2-°С/Вт Fi = F2 = Ft=9G м2; Я*4 = 864 м2 4 Фпг 3023,5 Вт <о5—7,1°С; Rlp = = 10,53 м2*° С/Вт 8 Qko 78535,,7 Вт Л3 = 1,375; ш=1,3 9 Фло 177441,8 Вт т2 = -9°С 12 D 22,97-10~6 м2/а ^опр = 13,5° С; Яб=760 мм рт. ст. 14 % 1.256 М*/м3 б/1 =7,492 мм рт. ст. *р г 15 Тт, 1.194 кг/м3 г"# = 17,53 мм рг. ст. 11 р 5,9 м/ч v= 14,47-10-5 м2/с; L\ = 37,95 м 10 Q» 54567,7 Вт г с—679,8 Вт-ч/кг; т} = 0,8, <в = = 17JM0”3 кг/м3; фр=-= 0,7; с" = 'р = 7,7-Ю-3 кг/м’ 16 912749 Вт А,'= 1,455; т2=— 9° С 17 156148,3 Вт Фло = 177441,8 Вт, Ьц =0*88 19 Ар 0,39 гу /о <t =2,267 мм рг. ст. 18 Фкомд 39200 Вт /■с =693 Вт-ч/кг; v= 13.2-10—6 м2/с 21 f 7,С Вт/(м2-° С) 7н = 1,368 кг/м3; L=30 м; v~5 м/с 22 «л2 22 4 Вт/(м2-° С) ■— 23 105 Вт/(м=-°С) — 20 128835 Вт т2 = —9° С 26 Т, W 0,77 6,7 = 0,35; сооа — 0,866 28 Фон 0,1 Fb2 = 394 м2; Г2=2045 м2 25 Q> ф 1 179*18,6 Вт с'= 0,77; мо=0. т2 =—9° С: = 4t = 1,4 мм рт. ст.; с2 = =0,94

4- 295 19

Продолжение табл. 4

Номер.] формул Обозначение Результаты расчета Размерность Примечание 27 Qoitp 5110,6 Вг Чоп=0,1; е0=0.96 29 Qb 30166 Пт Т/ =1,368 кг/м3; 7, =1,261 кг/м3, Q„.r Р д. из (4); Q+, из (19); из (25) 21 Qt* 153059.2 Вт — 2 Qa 313668,7 Вт — 1 Qn 4- Cm 315104 Вт — 30 *st 6,3 Вт/(м?-вС) — 32 Qa +- q;u 340270 Вг А;,л = 6,9 Вг/(м2-° С) 31 c 6,9 Bi/(m2*°C) — 33 310270 Вг Нужен только почвенный обогрев при удельной установленной тепловой мощности 236 Вт/м2

3.7.2. Уравнение теплового баланса для объема II

Qli + Qti = QJi + Qt 4- Q.i,    (36)

1де Q_bX —тепловой шоток потерь па инфильтрацию в зоне II, Вт.

3.7.3.    Уравнение теплового баланса для поверхности почвь

Qn -Г Qui “ Си.г + (?и Чг Фло Ч^ш Qko »    (37)

где Q ш — составляющая теплового потока шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене о поверхностью почвы, Вт; Q„ — затраты теплоты на испарение влаги из почвы, Вт; ф_ло и Qko — тепловой поток потерь с поверхности почвы под зонным укрытием соответственно лучеиспусканием и конвекцией, Вт.

3.7.4.    Уравнение теплового баланса для поверхности зонного укрытия

<2ш 4- Qko,* 4 Qn + QkI - Q;fi 4- Qifc ,    (38)

где Q", — составляющая теплового потока шатрового нагревателя, участвующая в теплообмене с поверхностью зонного укрытия, Вт; Q_K0HA — тепловой поток, характеризующий выде-

20

ВВЕДЕНИЕ

Овощеводство защищенного грунта включает в себя комплекс разнообразных по назначению культивационных сооружений, микроклимат которых обеспечивается различными источниками теплоты. В зимних остекленных теплицах, отапливаемых преимущественно от котельных, выращивают круглый год овощи и зеленные культуры. В весенних теплицах с остекленным или пленочным покрытием получают ранние овощи. Особое место в структуре сооружений защищенного грунта занимают рассадные, где выращивают рассаду овощных культур, вегетируемых в открытом грунте. Рассадный метод широко распространен в овощеводстве. В Советском Союзе таким способом выращивают все виды капусты, томаты, перцы, баклажаны, а в северных районах — огурцы и кабачки. Для производства рассады ежегодно используют около 5000 га рассадных культивационных сооружений — парников, пленочных тоннельных укрытий и теплиц.

В северо-западной, центрально-нечерноземной, центрально-черноземной зонах, Поволжье, Белоруссии, Прибалтике, Украине, Молдавии, Северном Казахстане, Киргизии рассаду ранней и цветной капусты, раннего томата, перца и баклажана следует выращивать только в обогреваемых пленочных 1еплицах или обогреваемых грунтах с пленочными покрытиями [1].

В Азербайджане, Южном Казахстане, Грузии, Армении, Туркмении, Узбекистане рассаду томата выращивают в тоннельных пленочных укрытиях, обогреваемых солнечной радиацией.

На Урале, Дальнем Востоке, в Западной Сибири рассаду томата можно вырастить только в обогреваемых рассадных сооружениях.

В Северных и Центральных зонах страны для обогрева рассадных пленочных теплиц используют теплогенераторы. В Южных районах, Молдавии, на Украине и Северном Кавказе получил распространение электрический обогрев парников и пленочных теплиц на площади около 500 га. Электрические нагревательные устройства всегда готовы к действию, не за-

з

ление теплоты на внутренней поверхности зонного укрытия

при конденсации влаги, Вт; Q_Л1 —тепловой поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью зонного укрытия и поверхностью почвы, Вт; Qk\ — тепловой поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью ограждения и воздухом рабочей зоны I, Вт.

3.7.5.    Уравнение теплового баланса на поверхности наружного ограждения теплицы

Сл2 + QkI — Qjfe + Qic2 >    (39)

где Q,i2 —тепловой поток в результате теплообмена лучеиспусканием между внутренней поверхностью наружного ограждения и поверхностью зонного укрытия, Вт; Qia —тепловой поток в результате теплообмена конвекцией между внутренней поверхностью наружного ограждения и воздухом в зоне II, Вт.

3.7.6.    Уравнение теплового баланса для всего сооружения в целом

Qm + Qn ~ Qn.r + Qti H- Qk? *+ Q_Bp + Qui •    (40)

3.7.7.    Тепловые потоки потерь теплицы с зонным обогревом выражают через определяющие их параметры.

Учитывая, что поверхности ограждения теплицы из полимерных пленок бывают покрыты конденсатом, препятствующим пропусканию длинноволновой радиации, выражения для определения потоков потерь лучеиспусканием принимают такими же, как для сооружений со стеклянными покрытиями, с последующей поправкой на коэффициент теплопотерь, определенный экспериментально.

С учетом этого допущения выражения для тепловых потоков потерь принимают следующий вид: Q_nr по формуле (4);

U - (5); Rl^p - (7); Q_KO- (8); Q„ - (10); р- (11); Д-(12); Q_K0;._a— (18); Де— (19) с заменой т₂ на ц и F₂ naFi':

Q$>— (20); а₁₍₂, а_к2 и а_к2 —соответственно (21),    (22)    и

(23); Q+2 - (24); Q,*- (25) и Q_0Kp - (27).

Тепловые потоки, действующие под зонным укрытием, в объеме I выражены в следующем виде [10]

жспр0,814(^ —tOFo,    (41)

где с„р — приведенный коэффициент облучения; то и п — температура поверхности соответственно почвы и зонного укрытия, °С.

21

грязняют окружающей среды, требуют незначительных трудозатрат на эксплуатацию. Их применение позволяет с заданной точностью поддерживать температурный режим в зоне развития растений, повышать культуру труда обслуживающе-ю персонала и улучшать коэффициент полезного использования топлива по сравнению с обогревом теплиц от индивидуальных мелких котельных.

Обобщение опыта эксплуатации рассадных культивационных сооружений с электрообогревом показало, что удельные энергетические затраты на выращивание рассады и овощей различны (50—100%) в хозяйствах, расположенных в одной и той же климатической зоне. Такое положение можно объяснить отсутствием единого научно-технического подхода к расчету, проектированию, монтажу и эксплуатации систем электрического обогрева культивационных сооружений.

Цель настоящих рекоменаций — ознакомление специалистов с методикой теплофизического и теплотехнического расчетов пленочных теплиц, а также выбором технических средств для систем автоматического регулирования теплового режима. В них приведен анализ существующих устройств для электрооборрева теплиц, дана методика экономического обоснования электрического нагрева.

1. ПАРАМЕТРЫ ТИПИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ И СХЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1. Выбор объекта

Особенности агротехники рассады основных овощных культур для открытого грунта по зонам страны заключаются и выборе типа сооружений, сроков выращивания, способа обогрева, состава почвосмесей для горшочков. В табл. 1 приведен перечень сооружений для выращивания рассады овощных культур для открытого грунта по зонам страны [1].

Опыт научных учреждений и передовых хозяйств показал, что применение пленочных сооружений снижает себестоимость рассады в 1,5—2 раза, а затраты труда — в 1,3—1,6 раза по сравнению с использованием теплых остекленных пар-пиков.

В различных зонах РСФСР рассаду ранней и цветной капусты выращивают с февраля по апрель. В этот период наблюдаются минусовые наружные температуры, поэтому рассадные сооружения следует обогревать.

4

Таблица 1

Капуста Зона белокочанная Томат Огурец, кабачок ранняя и цветная срсдиеиозд-мнх сортов

Север и северо-запад РСФСР

Пленочные обогреваемые теплицы* теплые парники

Малогабаритные укрытия — УРП па солнечном обогреве

Обогреваемые

пленочные

сооружения

н парники

Центральная, Поволжская, Волго-Вятская и Центральночерноземная

Западная Сн-бирц, Урал, север Казахской ССР

Восточная Сибирь, Дальний Восток

Якутская

АССР

Прибалтийские республики Велорусская ССР, север Украины

Субтропическая зона Северного Кавказа

Предгорные районы Северного Кавказа, закавказских и среднеазиатских республик, степные районы Северного Кавказа

Го же

УРП

Обогреваемые пленочные сооружения тля раиной рассады и пеобогревас-мые— для

средней Рассады

Обогреваемые малогабаритные пленочные укрытия

Исобогре-васвыс малогабаритные пленочные укрытия

Остекленные и пленочные обогреваемые теплицы, теплые парники

Остекленные oGoi рсвасмые теплицы,, теплые парники

Обогреваемые

пленочные

теплицы

Обогреваемые

пленочные

теплицы

Пленочные малогабаритные сооружения с биологическим обогревом Остекленные обогреваемые теплицы, теплые парники

»

Средние

парники

УРП

ъ

Обороняемые теплицы, малогабаритные укрытия и теплые парники

Остекленные обогреваемые теплицы и теплые парники

Обогреваемые

пленочные

теплицы

То же

Необогревле-мыс малогабаритные плено!-ные сооружения

То же

Обогреваемые пленоч иыс сооружения

Парники

Обогреваемые пленочные сооружения Необогре-ваемые малогабаритные пленочные сооружения То же

» >

5

ныс укрытия

Продолжение табл 1

Капуста она Напили и цестиал бслокоч .ычлл сроднено>Д- Mt\ СОрГОП Томат Oi урец, [чнбачок Среднеазиатские а закапал ;скис республики Пл;;ио тыс малогабарщ-:ые укрытия с обо! ревом -—- Необогревае-мые малогабаритные пленоч-ные сооружения Необогрезас мые малогабаритные пленочные сооружении Молдавская ССР, юг Украины Обогреваемые .!.> ЧЮЧ.ИЫС 1 шлицы и обогреваемые мал 01 а барит- Обогреваемые пленочные сооружения То же

Деловой выход рассады значительно увеличивается (с 200 до 270 шт. с 1 м²), если ее выращивать не на узких (1,4 м), а па широких (2,8 м) грядах.

Себестоимость 1000 шт. рассады ранней капусты, выращенной в пленочных теплицах, колеблется от 5,53 руб. (нестационарные) до 7,25 руб. (стационарные), в парниках она составляет 10,31 руб. Следовательно, по условиям выращивания, качеству и себестоимости рассады наиболее перспективными сооружениями являются обогреваемые пленочные теплицы различных конструкций.

1.2. Краткая характеристика объектов

В табл. 2 представлены технико-экономические показатели пленочных Iеплиц, используемых для выращивания рассады овощных культур, вегетируемых в открытом грунте. В зависимости от климатической зоны применяют соответствующие конструкции пленочных теплиц, преимущественно иетиповые, разработанные местными проектными организациями. Так, для Ленинградской области лучшей оказалась блочная двух-звепиая рассадная теплица. В многозвенных же пленочных теплицах, созданных по т. п. 810—11, сложнее создать требуемый режим тепла и влажности воздуха из-за недостаточной вентиляции сооружения, особенно средних звеньев.

В средней полосе Нечерноземной зоны рассаду ранних сортов капусты выращивают в многозвенных пленочных теплицах с применением воздушно-калориферного обогрева ПТ-150, ОВА-150).

На Украине получила распространение в качестве рассадного сооружения ангарная теплица (конструкции ЦНИПТИМЭЖа) площадью 500 м², шириной 9 м и длиной 55 м, а также площадью 510 м² с размерами в плане, м: 7X72,8 и высотой 2,8 [2].

6

Пленочная теплица	Расход материалов на 1 м2 площади				н * г-X Я X |	. S н и О X У»г» C т- Л ш .3 Ч а	и 2 3 X * X
	стали, кг	дерена мJ	бетона, м®	ч о о е 7	1" п ^ о	1 Площа крытия , ляциои фраму!	Я X р. Н J ? - а °'°
Т. п. 810-11	0,223	0,021	0,005	Дву-	2,68	01	4.8
Рассадная ТПР-1000Э	1.5	0,009	0,0008	скатная То же	1,54	157	3,5
Блочная с полуоткрывающейся кровлей ТБПК-500	2,28	0,006	0,022	> »	1,73	ISO	8,26
Проект Минской овощной фабрики (МОФ)	Г),5	0,001	0,01	Арочная	1,41	180	7
Блок из дерсвомстал-личсскпх конструкций площадью 1 га (т. п. 810—91)	2,52	0,012	о,о:э	Дву-ска гиая	1,78	5330	11,80
Блок площадью I га для выращивания рассады в открытый грунт (т. п. 810—94)	8,22	0,0023	0,026	Аро нтая	2,12	7812	11,86

Пленочной теплицей конструкции СИФИБР СО АН СССР (площадь 300 м², ширина 9 м, длина 33 м) пользуются в Восточной Сибири для выращивания рассады овощей, в частности томатов. Она оборудована специальными приспособлениями для крепления пленки, обеспечивающими ветроустойчивость [3].

Заметна тенденция к созданию специальных рассадно-овощных комплексов площадью до 6 га, что позволит с большей эффективностью использовать сооружения защищенного грунта после выборки рассады.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ РАСТЕНИИ И МИКРОКЛИМАТУ ВСЕГО ПОМЕЩЕНИЯ

2.1. Температурные и влажностные режимы в рассадной

теплице

Капуста относится к холодостойким растениям. Для роста и формирования листового аппарата рассады необходимы > меренная температура, хорошее азотное питание, освещение и увлажненная почва.

7

Семена белокочанной капусты могут прорастать при температуре 2—3°С. Всходы появляются при 1РС на 10— 12 день, а при 18—20°С на 3—4 [1]. При посеве в открытом грунте растения в фазе семядолей и начала образования первого настоящего листочка могут выдержать кратковременные заморозки до минус 3—4° С.

Закаленная горшечная рассада после высадки в поле может переносить заморозки до минус 5—7° С, а незакаленная и неприжившаяся погибает при минус 2—3°С.

В табл. 3 приведены рекомендуемые овощеводами параметры микроклимата пленочной теплицы при выращивании рассады овощных культур для открытого грунта [1, 4, 5].

Для рассады капусты недопустима температура воздуха выше 25° С, так как при этом сильно изменяется габитус растений — увеличиваются междоузлия, черешки листьев и стебель растения.

2.2. Требования рассады к освещенности

При недостаточной освещенности рассада капусты сильно вытягивается, листья приобретают бледно-зеленую окраску. Для ее нормального роста и развития необходима освещенность не менее 6—7 тыс. лк [5].

Все растения семейства пасленовых (томат, перец, баклажан) являются свето- и теплолюбивыми. Они требуют умеренного водоснабжения, низкой относительной влажности воздуха, хорошего питания и короткого (11—12 ч) дня. Для получения хорошей рассады томата, перца и баклажан необходима освещенность не менее 8—10 тыс. лк.

Из всех овощных культур огурец наиболее требователен к теплу, влаге и питанию. Для быстрого роста и развития его рассады необходима освещенность не менее 5—6 тыс. лк.

2.3. Требования рассады к условиям выращивания

Рассаду выращивают в торфо-перегнойных горшочках. Растения, выращенные без них, плохо приживаются в поле из-за особенностей строения корневой системы. Чтобы повысить холодостойкость растений, применяют метод закалки семян и рассады.

Овощеводы рекомендуют доводить содержание углекислого газа в воздухе зоны развития рассады и овощей до 0,3±0,1%.

8

Таблица 3

Температура в теплице, ° С ночью днем Относительная Влажность почвы от Срок выращивания Рассада почвы воздуха почвы воздуха влажность воздуха, % полной влаго-ечкости, % рассады, дней Капуста ранняя белоьо- 60-65 чанная Режимы- При вегетации А (от посева до появления всходов) 18-—20 6—7 18—20 6-7 70-75 65—70 цветной капусты температуру воз- В (в течение 5— 15 дней после по-явления всходов) 12 6-7 15 6-8 70-75 65-70 духа п почвы поддерживают на 2— 3°С выше. Она го- С (в период выращивания до зака- 10 6-7 14 13—18* 70-75 65-70 това к высадке через 45 дней ливання) Д (закаливание за 10 5 14 8 70-75 65—70 5—15 дней до высадки в поле) Томаты ранние 60-65 Режимы: А 23—-25 7 23—25 7 60—70 60 В 15 7—-12 18 13—19 60—70 60 С 13 7—12 18 17—24 * 60—-70 60 д Перцы и баклажаны 13 б 18 8 60—70 60 45-50 Режимы: А 26—30 8 26—30 3 70-75 65 В 17 8—116 20 14—22 70—75 65 С 15 13—15 20 1-8—29* 70—75 65 д 15 5 20 8 70-75 65

4 В солнечную погоду.

(О

2.4. Расчетные температуры для систем отопления

и вентиляции

В соответствии с «Нормами технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады» (НТП-сх. 10—71) при проектировании системы отопления за расчетную минимальную температуру воздуха принимают 15° С — для овощных растений и рассады, высаживаемой в теплицы, и 6° С — для рассады, предназначенной к посадке в открытый грунт.

Расчетная оптимальная температура воздуха в овощных теплицах 25° С, рассадных— 15° С.

При проектировании системы вентиляции за расчетную максимальную температуру в овощных теплицах принимают 30° С, рассадных для высадки рассады — в теплицы 26° С, открытый грунт 18°С (период закалки 8°С).

2.5. Характеристика примеров расчета

В рекомендациях рассмотрены примеры расчета системы электрического обогрева пленочной теплицы, расположенной в Центральной климатической зоне и предназначенной для выращивания рассады ранней капусты для открытого грунта.

Методика расчета применима для пленочных теплиц, расположенных в любых климатических районах.

3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИИ РАСЧЕТ ПЛЕНОЧНОЙ

ТЕПЛИЦЫ

3.1. Назначение теплофизического расчета

Он устанавливает аналитическую связь между требуемыми параметрами микроклимата в теплице и необходимыми для их обеспечения потоками тепла и вещества, взаимодействующих в сооружении. Это средство количественного анализа закономерностей регулирования энергетического режима в теплице. Сооружение рассматривают как единую энергетическую систему, включающую в себя отопление, вентиляцию и теплотехнику ограждающих конструкций [6].

ю