Кондиционеры настенного типа
FTXS-K

Публикации

Воздушная система отопления и кондиционирования теплиц с использованием геотермального источника энергии
В.Г. Олийниченко, А.О, Александров, В.В. Величко (Ин-т возобновляемой энергетики НАН Украины, Киев)

1. Анализ систем отопления теплиц

Сегодня для отопления теплиц практически повсеместно используется водяная система. Она обеспечивает наиболее равномерное распределение тепла, что очень благоприятно для роста растений. В классической системе водяного отопления в качестве отапливаемых приборов используют (в зависимости от температуры теплоносителя) пластмассовые или стальные гладкие трубы с антикоррозийной защитой (например, с полимерным покрытием). Они размещаются в верхней, средней и нижней зоне теплицы. На высоту 1 м от поверхности почвы подается обычно не менее чем 40% общего количества тепла, учитывая энергию обогрева почвы. Запорная и регулирующая арматура обеспечивает раздельное включение (выключение) и регулирование теплоотдачи отопительных приборов в разных зонах. Почву очень часто подогревают с помощью металлопластиковых труб. Шаг укладки труб составляет не меньше 20-30 см. Трубопроводы укладывают на слой дренажного засыпного утеплителя (песка или шлака) толщиной не меньше 30 см, после чего насыпают слой плодородной почвы толщиной 40-50 см.
Водяная система отопления характеризуется большой металлоёмкостью, следовательно, нуждается в значительных капитальных затратах. А трубопроводы системы подогрева почвы осложняют ее обработку. Использование в теплицах систем воздушного отопления позволяет заметно улучшить такие характеристики как металлоёмкость и капитальные вложения. Эти системы, как правило, используются в сочетании с водяным отоплением и состоят из подключенных к теплогенератору трубам (отапливаемых приборов) и системы подогрева почвы. Таким комбинированным отоплением оснащаются теплицы в местностях, где внешняя температура наиболее холодных суток составляет –20 °С и ниже. Мощность воздушного обогрева в системе комбинированного отопления принимают в среднем на уровне 35-40% от общего расхода тепла зимой. Однако в районах с мягким климатом воздушное отопление теплиц используется в качестве основного, или в тандеме с системой электрического подо¬грева почвы.

К преимуществам системы воздушного отопления следует отнести:
• низкие эксплуатационные расходы;
• низкая инерционность.

За 35-40 минут воздушная система способна поднять температуру в теплице на 15-20 °С.
Воздушное отопление теплицы реализуется на базе воздухоподогревателя, что работает на газе или на жидком топливе. Воздухоподогреватель присоединяется к магистральному газопроводу или к ёмкости с топливом; для отвода продуктов сгорания за пределы теплицы используется дымоход. Прокачивая через себя воздух, который заполняет теплицу, и подогревая его до температуры приблизительно +40°С, воздухоподогреватель нагнетает поток в сеть приточных воздуховодов из оцинкованной жести, которая размещается по периметру теплицы на некотором расстоянии от стен на высоте около 2,5 м. Для обеспечения обдувки остекленения, поддержки равномерной температуры и оптимальной подвижности воздушных масс на приливных отверстиях в воздуховодах устанавливают вентиляционные решетки.

Воздушное отопление устанавливается и без воздуховодов с использованием стационарных тепловентиляторов – фанкойлов, оборудованных водяными калориферами или газовым теплообменником непрямого нагрева. Такие устройства обеспечивают эффективный и быстрый обогрев теплицы, в том числе и при часто открытых фрамугах. Теплый воздух, что нагнетается, создает необходимое движение и равномерное прогревание всей теплицы. Оборудование для воздушного обогрева стоит обычно более дешево, чем другие альтернативные системы. Фанкойлы с водяными калориферами производят многие компании, среди них – компания JAGA (Бельгия). Современное обору¬дование поставляется также фирмами VTS CLIMA (Польша), «МОВЕН», «ВЕЗА» (Россия). Стоимость «фанкойловой» системы отопления составляет в среднем 130-500 долл. США за 1 кВт тепловой мощности [ 1 ].

2. Агробиологические требования

Воздушная система отопления, как и любая другая, должна удовлетворять агробиологическим требованиям к микроклимату, который она создает в теплице. Основными параметрами, что характеризуют микроклимат теплиц являются:

• температура воздуха и грунта;
• относительная влажность воздуха;
• скорость движения внутреннего воздуха.

Одним из обязательных параметров микроклимата является поддержание общего уровня влажности и равномерного деления относительной влажности воздуха в теплице. Эту функцию выполняет система орошения (полива), которая обеспечивает равномерное распределение воды по всей площади теплицы. Такая система необходима для предотвращения избыточного высушивания почвы, что в свою очередь может привести к снижению урожайности и спровоцировать некоторые заболевания растений. Особенно это чувствуется при выращивании огурцов – основной культуры овощеводства в защищенной почве.

3. Предлагаемая система воздушного отопления теплиц

Для отопления теплиц предлагается использовать комбинированную систему воздушного отопления с использованием 18-2.JPGгеотермального источника энергии в сочетании с традиционной (существующей) системой орошения. Блок-схема использования геотермального источника энергии для воздушной системы отопления и освещения тепличного комплекса показана на рис. 1.

4. Тепловой расчёт

Необходимая мощность системы отопления вычисляется из уравнения теплового баланса. Для этого вычисляются общие тепловые потери теплицы. Используем формулу для расчёта удельных тепловых потерь блочных зимних застекленных теплиц [2]:

q = (4,2 + 0,4 • ω), (1)

где q – удельные тепловые потери теплицы, относительно к 1 м2 площади грунта при разнице температур внутреннего и внешнего воздуха 1 °С, ккал/(м2 • час • °С);
ω – скорость ветра, м/с.
Тогда общие тепловые потери теплицы вычисляются из уравнения [2]:

Q = q • – Δt •F, (2)

где Δt = Δtвн – Δtз – перепад температур воздуха внутри и снаружи теплицы, °С;
F – площадь теплицы, м2.
Система отопления тепличного комплекса проектируется в соответствии со всеми требованиями нормативной литературы [3,4,5].

5. Выбор принципиальной схемы

Предложенная принципиальная схема системы воздушного отопления геотермального тепличного комплекса приведена на рис.2. Система состоит из трех контуров. Первый контур – геотермальный (геотермальная вода – первичный теплоноситель). Второй контур – сетевой (сетевая вода – промежуточный теплоноситель). Третий контур – рециркуляционный (воздух). Таким образом, в теплице циркулирует воздух, который нагрет в калорифере за счёт использования геотермального источника теплоты. При этом обеспечивается необходимая температура воздуха и почвы, а также скорость движения внутреннего воздуха в теплице.
18-3.JPG

6. Практическое использование

Предлагается реализовать отопление и кондиционирование тепличного комплекса с. Янтарное АР Крым на основе комбинированной системы воздушного отопления с использованием геотермального источника энергии в сочетании с традиционной (существующей) системой орошения. Площадь тепличного комплекса составляет 0,6 га. В качестве источника энергии используется дуплет геотермальных скважин № 36 № 36Д.

Основные данные по скважинам приведены в таблице.
  18-4.JPG






Благодаря наличию в термальной воде растворённого газа, есть возможность использовать одновременно две составляющие геотермального источника энергии:

• водяную (получение теплоты для отопления и кондиционирования тепличного комплекса);
• газовую (получение электроэнергии для собственных потребностей теп¬личного комплекса).

В качестве овощной культуры для выращивания в теплице были выбраны огурцы. Огурцы очень требовательны к условиям внешней среды, особенно к теплу. Семена прорастают при температуре 12-14°С, оптимальной же для роста и развития растений является температура воздуха днем 25-30 °С, а ночью 15-18 °С. Таким образом, для расчётов температура внутреннего воздуха теплицы составит 25 °С [6].

Мощность системы воздушного отопления тепличного комплекса при расчёте по формуле (2) составляет:

Q = (4,2 + 0,4 • 8) • (25 – (–16)) • 6000 = 1,82 • 106 ккал/год.

Поскольку в большинстве случаев мощность отопительного оборудования определяется в ваттах, эта величина составляет 2,12 МВт.

Оборудование рассчитано на такую мощность, чтобы избежать замерзания растений в морозные дни. Конечно же, система отопления не будет работать на полную мощность все шесть-семь месяцев отопительного сезона.
Для такой мощности стоимость «фанкойловой» системы воздушного отопления и кондиционирования теплицы (при стоимости 1 кВт тепловой мощности 130-500 долл. США) составит в среднем 275-1000 тыс. долл. США.

Выводы:

Воздушная система отопления имеет такие особенности:

1. В теплице отсутствуют трубы, которые осложняют обработку почвы.
2. Простая регулировка температуры вследствие малой инерционности системы.
3. Есть возможность вечернего освещения теплицы (при одновременном получении из геотермального источника тепловой и электрической энергии).
4. Система обеспечивает проветривание теплиц в теплый период года.
При применении комбинированных систем отопления теплиц существенно уменьшается металлоемкость установки, и сокращаются капитальные затраты.

Литература:
1. Балашов В. Сотворение тропиков (оборудование для стационарных систем отопления оранжерей и зимних садов) // Идеи вашего дома. – 2006. – № 2(92).
2. Гарбуз В.М., Сасин А.В., Аксенов B.C. и др. Метод расчёта тепловых потерь теплиц // Промышленная энергетика. – 1981. – № 11. – 5-8 с.
3. СНиП 2.10.04-85. Теплицы и парники. – Введен 1986-01-01. М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – С. 7.
4. СНиП 2.04.05-91 *. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Введен 1992-01-01. М.: ГУП ЦПП,2001. – С 74.
5. СНиП2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика // Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. – С. 136.
6. Сучастні технологиї овочівництва // За ред. K.I. Яковенка. – Харків: Інститут овочівництва та баштанництва УААН.2001. – С. 128.