10138
.pdfтермометра tмв.т , соответствующей параметрам точки В. Одновременно у возду-
ха в теплице повышается влагосодержание от dВ до dА, соответствующего отно-
сительной влажности в точке А (97…98 %).
Рис. 7.7. Процессы изменения состояния воздуха в теплице с биомассой: 1 — область технологической температуры в теплице
Если количество теплоты солнечной радиации в теплице превышает ко-
личество теплоты, поглощенное при испарении капель водного аэрозоля, то процесс охлаждения воздуха прекращается в точке С при температуре tС, отно-
сительной влажности φС и влагосодержании воздуха dС.
Температура воздуха после его обработки системами водоаэрозольного охлаждения до точки А или точки С (рис. 7.7) может понизиться до диапазона технологически необходимой температуры в теплице (луч В—А) или быть вы-
ше их (луч В—С).
Конкретные параметры воздуха в теплице объемом Vт, м3, при кратности воздухообмена n, ч−1, определяются приращением его влагосодержания d, г/кг сух. в-ха, зависящего от расхода разбрызгиваемой воды Gвод, кг/ч:
220
d d |
|
(d |
|
) d |
|
|
Gвод |
1 000. |
(7.30) |
C |
А |
B |
|
||||||
|
|
|
Vтn в |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Избыточная подача влаги в теплицу, т. е. более максимально возможной
влагопоглощающей способности воздуха при соответствующей температуре мокрого термометра tмв .т и φ = 100 % (в точке А), приводит к выпадению ка-
пельной влаги на ограждениях и растениях, что неблагоприятно воздействует на развитие последних.
Понижение интенсивности солнечной радиации во второй половине дня сопровождается снижением температуры внутреннего воздуха. Система во-
доаэрозольного охлаждения отключается. Вентилятор, встроенный в вытяжную шахту, продолжает работать, открыты форточные фрамуги и технологические проемы.
Параметры внутреннего воздуха переходят в состояние точки В, соответ-
ствующее до включения системы адиабатного охлаждения, по лучу iв = = const.
При этом относительная влажность воздуха и его влагосодержание уменьша-
ются, а температура повышается. Неизбежен именно этот термодинамический процесс, т. к. теплоемкость оборудования в теплицах незначительна, а растения саморегулируют параметры воздуха вокруг себя в процессе приспособительных реакций при транспирации влаги.
Процессы снятия интенсивности солнечной радиации в дневной период после выключения систем водоаэрозольного охлаждения и дальнейшее регули-
рование параметров воздуха в теплицах в пределах нормируемых технологиче-
ских значений будут прослеживаться по изменению положения точки В на ли-
нии Ву—Вд. Эти процессы возможны при изменении кратности воздухообмена путем включения (выключения) вытяжного вентилятора, открытия (закрытия)
технологических проемов и фрамуг. В конечный вечерний момент времени при понижении температуры наружного воздуха до расчетной температуры воздуха в теплице и ниже закрываются все технологические проемы и фрамуги.
В дневной период суток направление луча процесса на i–d-диаграмме
εt = iт / Gисп определяется по общепринятой при расчете систем кондициони-
221
рования воздуха методике. Полные тепловыделения в теплице iт находятся с учетом интенсивности теплопритоков от солнечной радиации, а влаговыделе-
ние Gисп = dтVтρв складывается из выделений растениями и испарения с по-
верхности почвы. Угловой коэффициент ε в течение дня является переменной величиной, поэтому и положение точки В на i–d-диаграмме меняется. По лите-
ратурным данным и нашим исследованиям рекомендуется принимать в пик тепловых нагрузок для средней полосы России ε = 3 700…4 800 кДж/кг.
7.3.3. Режимы эксплуатации комплексных систем снятия перегрева
Лучистая энергия Солнца повышает температуру внутреннего воздуха теплиц в теплый период года до tв = 50…55 С, вызывая перегрев и гибель рас-
тений. В разделе 7.3.1 приведены существующие методы снятия перегрева. В
разделе 7.3.2 показаны термодинамические процессы изменения параметров воздуха в объеме теплиц в течение суток при различных способах снятия пере-
грева. Рассмотрим составляющие теплового баланса в объеме помещений теп-
лиц и режимы эксплуатации комплексных систем снятия перегрева в теплый период года, включая системы балансовых уравнений по теплоте, массе влаги и воздуха, описывающие динамику параметров микроклимата (температуры и влагосодержания воздуха).
Комплексная система снятия перегрева предполагает дискретное включе-
ние отдельных ее элементов в период увеличения интенсивности солнечной ра-
диации по периодам года и в течение светового дня. Энергетический и эконо-
мический эффекты представленной системы заключаются в использовании в течение длительного периода пассивных (конструктивных) систем обеспечения микроклимата (фрамуги, технологические проемы, аэрационные шахты) и
кратковременно включаемых активных элементов систем, основным узлом ко-
торых является система водоаэрозольного охлаждения.
На рис. 7.8…7.13 приведены схемы различных потоков теплоты Qi, Вт,
при шести характерных режимах работы комплексной системы снятия перегре-
222
ва. На рис. 7.8 приведена схема тепловых потоков для режима I — режим орга-
низованного проветривания: открыты форточные фрамуги.
Балансовое уравнение, характерное для режима I, и формулы для опреде-
ления его составляющих имеют вид:
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qфр + Qинф) – Qскр = 0;
Qс.р = 0,278Vтnсвρв( tнусл – tн);
Qогр = Аогр(tв – tн) / Rогр;
Qгр = Агр(tв – τгр) / Rгр; |
(7.31) |
Qфр + Qинф = 0,278Vтnсвρв(tв – tн); |
|
Qскр = 2,78·10–4Vтnρв(dуд – dпр)r ф . |
|
На рис. 7.9 приведен режим II работы комплексной системы снятия пере-
грева — режим совместной работы систем проветривания и активной аэра-
ции. При этом режиме открыты форточные фрамуги, технологические проемы теплицы и вытяжная аэрационная шахта. В условиях режима II воздухообмен, в
первом приближении, осуществляется за счет притока или удаления воздуха через фрамуги и технологические проемы, дополнительное удаление воздуха — через вытяжную шахту.
Количество инфильтрующегося воздуха имеет знакопеременное значение.
Поэтому значения воздушного баланса при составлении теплового и влажност-
ного балансов объединяются и рассматриваются в целом по кратностям возду-
хообменов в теплице.
Система уравнений теплового баланса следующая:
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qш + Qинф) – Qскр = 0; |
|
Qш + Qинф = 0,278Vтnсвρв(tв – tн). |
(7.32) |
На рис. 7.10 показан режим III: открыты форточные фрамуги и техноло-
гические проемы; работает вытяжной вентилятор, встроенный в вытяжную шахту. Воздух поступает в теплицу через фрамуги и технологические проемы, а
удаляется работающим в шахте вентилятором и частично за счет инфильтрации.
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qвент + Qинф) – Qскр = 0; |
|
Qвент + Qинф = 0,278Vтnсвρв(tв – tн). |
(7.33) |
223 |
|
Рис. 7.8. Схема потоков теплоты в теплице в теплый период года при режиме организованного проветривания (режим I)
Рис. 7.9. Схема потоков теплоты в теплице в теплый период года при режиме совместной работы систем организованного проветривания и активной аэрации (режим II)
Рис. 7.10. Схема потоков теплоты в теплицах в теплый период года при режиме совместной работы систем механической вентиляции и организованного проветривания (режим III)
Рис. 7.11. Схема потоков теплоты в теплице в теплый период года при совместной работе СВАО и системы организованного проветривании (режим IV)
224
Режим IV (рис. 7.11) проводится при работе системы водоаэрозольного охлаждения и проветривании: происходит разбрызгивание воды через форсун-
ки, открыты форточные фрамуги. Технологические проемы и вытяжная аэраци-
онная шахта закрыты.
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qинф + Qфр) – Qскр – Qr = 0; |
(7.34) |
Qr = 0,278Gводrф. |
|
На рис. 7.12 (режим V) показана схема потоков при работе систем во-
доаэрозольного охлаждения совместно с проветриванием и активной аэрацией теплиц: открыты форточные фрамуги, технологические проемы и вытяжная аэрационная шахта. В рассматриваемом режиме весь воздух удаляется через шахту и за счет эксфильтрации. Приток воздуха осуществляется через техноло-
гические проемы и фрамуги.
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qш + Qинф) – Qскр – Qr = 0. |
(7.35) |
На рис. 7.13 дана схема режима работы СВАО при совместной работе с проветриванием и механической вентиляцией (режим VI): открыты форточные
фрамуги и технологические проемы; работает вытяжной вентилятор, встроен-
ный в аэродинамическую шахту.
Рис. 7.12. Схема потоков теплоты в теплице в теплый период года при совместной работе СВАО, систем организованного проветривании и активной аэрации (режим V)
Рис. 7.13. Схема потоков теплоты в теплице в теплый период года при совместной работе СВАО, систем организованного проветривания и механической вентиляции (режим VI)
225
Воздух в теплицу поступает через открытые фрамуги и технологические проемы. Удаляется воздух вытяжным вентилятором и частично за счет инфиль-
трации.
ΣQi = Qс.р – Qогр – Qгр – (Qвент + Qинф) – Qскр – Qr = 0. |
(7.36) |
Условные обозначения к рисункам 7.8…7.13 и формулам (7.31…7.36):
Qс.р — тепловой поток от солнечной радиации в теплицу [28], Вт;
Qогр — тепловой поток через наружные ограждения теплицы, Вт;
Qгр — теплопотери через грунт, Вт,
Qфр + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего в теплицу через открытые фрамуги и инфильтрующегося через наружные ограждения, Вт;
Qш + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего через тех-
нологический проем и фрамуги и удаляемого через аэрационную шахту при не-
работающем вентиляторе;
Qвент + Qинф — тепловой поток на нагревание воздуха, поступающего через тех-
нологический проем и фрамуги и удаляемого через аэрационную шахту вытяж-
ным вентилятором и инфильтрацией, Вт;
Qr — тепловой поток, необходимый для испарения водяного аэрозоля при ра-
боте СВАО, Вт;
rф — скрытая теплота парообразования, кДж/кг;
Gвод — расход подаваемой воды системой СВАО в теплицу, кг/ч.
Gв = Vтnρв – общий расход воздуха, поступающего или удаляемого через кон-
структивные фрагменты теплицы, кг/ч;
Rогр — сопротивление теплопередаче наружного ограждения теплицы, м2·°С/Вт;
Rгр – сопротивление теплопередаче грунта, м2·°С/Вт;
Vт — внутренний объем теплицы, м3;
Агр — площадь грунта в теплице, м2;
Аогр — площадь наружных ограждений теплицы, м2; n — кратность воздухообмена в теплице, ч-1;
ρв — плотность внутреннего воздуха, кг/м3;
cв — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С);
226
d — влагосодержание влажного воздуха, г/кг сух. возд.;
tнусл — условная температура наружного воздуха в теплый период года для рас-
чета интенсивности солнечной радиации, °С, [28].
7.3.4. Воздушный режим теплиц
При круглогодичной эксплуатации теплиц возникают сложности обеспе-
чения заданных воздухообменов, которые в зависимости от роста растений и параметров наружного воздуха имеют разную величину и выполняют различ-
ные функции. Например, в переходный период воздухообмен должен ассими-
лировать влаговыделения в теплице; при превышении температуры внутренне-
го воздуха над допустимой из-за тепличного эффекта задачей организации воз-
духообмена является снятие перегрева в теплице; наружный воздух необходим для обогащения внутреннего воздуха углекислым газом при отсутствии искус-
ственной подачи СО2 в объем теплицы.
Аналитически с достаточной для инженерных расчетов точностью опре-
делить кратность воздухообмена в теплицах в теплый период года не представ-
ляется возможным. Поэтому значение воздухообмена в теплице определяется экспериментально, как правило, на моделях в лабораторных условиях. Анализ результатов расчетов воздухообмена при совместном воздействии гравитаци-
онного и ветрового давления показал: при воздухообмене под действием грави-
тационной силы при безветрии (скорость ветра vн ≤ 0,5 м/с) в каждой объемной части теплицы формируются самостоятельные области циркуляции внутренне-
го воздуха, приточный наружный воздух поступает в теплицу через нижнюю часть аэрационного проема, а внутренний с высокой температурой и влажно-
стью удаляется через верхнюю часть проема. Этот процесс происходит в под-
кровельной части теплицы и практически отсутствует в рабочей зоне на высоте
1,5 м от почвы. Под действием ветра воздухообмен в теплице увеличивается в среднем в 1,25…1,30 раза (при vн = 2,5…3,0 м/с) и в 1,5…1,6 раза (при vн ≈ 5,0
м/с) по сравнению с воздухообменом при полном безветрии.
227
На рис. 7.14 приведена полученная экспериментально на модели расчет-
ная кратность воздухообмена в блочной теплице по типовому проекту 810-99 в
результате аэрации под действием гравитационных сил и ветрового давления в зависимости от угла открытия фрамуг (β = 10…25°).
Рис. 7.14. Зависимость кратности воздухообмена при различных углах открытия фрамуг от разности температуры внутреннего и наружного воздуха, определяющей гравитационное давление, и ветрового давления при скорости ветра: ‒‒‒‒‒‒ — 0 м/с; ········ — 5,0 м/с
7.3.5. Эффективность комплексных систем снятия перегрева в теплицах
Для систем водоаэрозольного охлаждения теплиц в летний период года расход распыляемой воды Gвод, кг/ч, стандартным водопроводом диаметром Dу
20 через тангенциальные (угловые) форсунки из капрона с диаметром сопла 3,5
мм при давлении воды в трубе р = 300…600 кПа равен:
Gвод = 2,91p0,718. (7.37)
Средний радиус распыливания форсункой воды с высоты 2,5 м около 1,0
м; угол распыливания воды 50…55 . На основании экспериментов для систем водоаэрозольного охлаждения типовых зимних теплиц рекомендованы: посто-
янный диаметр труб подаваемой воды Dу 20, диаметр сопла форсунки 3,5 мм,
228
расстояние между форсунками 2,0 м, давление в напорном водопроводе p =
0,3…0,6 МПа.
На рис. 7.15 представлены результаты натурных испытаний изменения температуры воздуха в типовой зимней теплице в теплый период года при круглогодичном выращивании овощей в течение светового дня.
Рис. 7.15. Изменение температуры воздуха в теплице в период плодоношения в течение светового дня: 1 — наружного воздуха; 2 — внутреннего воздуха без работы систем снятия перегрева; 3 — при работе систем организованного проветривания (режим I); 4 — при совместной работе систем организованного проветривания и активной аэрации (режим II)
Рис. 7.15 (продолжение). Изменение температуры воздуха в теплице в период плодоношения в течение светового дня: 1 — наружного воздуха; 2 — внутреннего воздуха без работы систем снятия перегрева; 5 — при совместной работе систем организованного проветривания и механической вентиляции (режим III); 6 — при совместной работе систем организованного проветривания и СВАО (режим V); 7 — при совместной работе систем организованного проветривания, активной шахтной или механической вентиляции и СВАО (режим VI)
229