системи опалення в залежності від росту рослин. Розрахункова модель визначення поля температури по висоті споруди була перевірена при натурному дослідженні.
Рис. 3 Залежність потужності системи опалення від
висоти робочої зони
а) для огородження зі склопакетів, б) для одинарного огородження
В четвертому розділі наведено опис експериментального стенду, методику і результати експериментального дослідження з визначення опору теплопередачі огороджуючих конструкцій теплиці зі склопакетів, одинарного скла зі шторним екраном, а також виконано кількісний аналіз похибок вимірювань. Прийняті такі діапазони зміни основних впливаючих факторів: товщина повітряного прошарку – 8 мм, 12 мм, 16 мм, 24 мм; кут нахилу склопакета до горизонту - 0о, 30о, 60о, 90о; температурний перепад - 18оС, 28оС, 44оС.
Методикою проведення досліджень передбачалося проводити виміри температури і густини теплових потоків в термічно однорідних зонах склопакету Fiз, які виділялися на відстані 100 мм і 150 мм для врахування дії крайових ефектів. Приведений опір теплопередачі розраховувався за формулою
Rопр = Fск / (еFiз/Rоiз) , м2оС/Вт, (7)
де Rоiз=(tвi - tзi )/qiз, м2оС/Вт, (8)
де Fск - площа склопакету, м2; Fiз – площа термічно однорідної зони, м2;tвi, tзi - середні за період вимірювань температури відповідно біля внутрішньої і зовнішньої поверхонь склопакету, оС, qiз - тепловий потік через термічно однорідну зону склопакета, Вт/м2; Rоiз - опір теплопередачі термічно однорідної зони склопакета,
м2оС/Вт; nз – кількість однорідних термічних зон, шт.
Для виявлення залежності опору теплопередачі від названих факторів був проведений факторний експеримент результати якого можна описати математич-
ною моделлю полінома першого ступеню. В результаті обробки експериментальних даних були складені емпіричні залежності опору теплопередачі від товщини повітряного прошарку(dп.п), кута нахилу(y) і температурного перепаду(Dt) при:
а) 16 мм Ј dп.п. Ј 24 мм, 60о Ј y Ј 90о, 18оС Ј Dt Ј 44оС
Rо = 0,396 + 0,0011dп.п. - 0,0008y - 0,0005Dt ; (9)
б) 16 мм Ј dп.п. Ј 24 мм, 0о Ј y Ј 30о, 18оС Ј Dt Ј 44оС
Rо = 0,4065 + 0,001dп.п. - 0,0006y - 0,0003Dt (10)
в) 16 мм Ј dп.п. Ј 24 мм, 30о <y < 60о, 18оС Ј Dt Ј 44оС
Rо = 0,398 + 0,001dп.п. - 0,0006y - 0,00038Dt (11)
На основі експериментальних даних також побудовані графічні залежності опору теплопередачі склопакету від різних факторів рис.4.
Рис. 4 Залежність опору теплопередачі склопакетів від товщини повітряного прошарку і температурного перепаду при y = 90о (а), кутів нахилу склопакета до горизонту і товщини повітряного прошарку при Dt = 44оС (б)
Середньоквадратичне відхилення при проведенні досліджень склало 14,7% для визначення опору теплопередачі.
В результаті аналізу експериментальних даних встановлено, що зі збільшенням кута нахилу зростає добуток критеріїв GrPr, конвективний рух повітря в прошарку стає більш інтенсивним, тому коефіцієнт теплопередачі зростає. Коефіцієнт теплопередачі склопакета у вертикальному положенні на 10...15% вищий, ніж при горизонтальному розташуванні.
Встановлено, що для покриття теплиць найбільш ефективними є склопакети з товщиною повітряного прошарку 16 мм.
Для виявлення ефективності роботи шторного екрану було проведене експериментальне дослідження на моделі теплиці з покриттям з одинарного скління. Методикою проведення експериментального дослідження передбачалося заміряти теплові потоки через покриття, температури внутрішнього i зовнішнього повітря, температури скляного огородження при сталому тепловому режимі при різних температурних перепадах зі шторним екраном i без нього. В результаті проведеного дослідження було встановлено, що застосування тканини під покриттям теплиці зменшує розрахункові тепловтрати до 35...40%.
В четвертому роздiлi також приведені результати експериментального дослідження переобладнаної системи опалення в зимовій заскленій промисловій теплиці агрокомбінату “Пуща-Водиця” в м. Києві.
Для зменшення теплових втрат через покрівлю і покращання теплового режиму в зоні росту рослин була переобладнана система опалення з розташуванням опалювальних приладів в міжряддях рослин. Експериментальне дослідження переобладнаної системи опалення включало визначення:
- параметрів теплоносія в системі опалення (температура теплоносія в розподільному та зворотньому трубопроводах);
- параметрів внутрішнього повітря (температура по висоті споруди, вологість);
- температури грунту;
- температури зовнішнього повітря;
- витрати теплоти на опалення;
- витрати теплоносія в системі опалення.
В часи відсутності інсоляції для зменшення тепловтрат через покриття теплиці було застосовано шторний екран з тканини, з якою проводилися експериментальні дослідження на моделі теплиці.
Дослідження параметрів теплового режиму теплиці проводилися у виробничих умовах. Для порівняння в якості базового варіанту була обрана аналогічна не реконструйована теплиця.
Для обліку витрати теплоти на переобладнаній і базовій теплицях був встановлений багатоканальний лічильник теплоти ЛВТЄ-3С-4, який забезпечував видачу даних в поточний момент часу, за годину, добу, місяць по:
- температурі теплоносія в розподільному і зворотньому трубопроводах, оС;
- витраті теплоносія в системах опалення, т/год;
- тепловій потужності систем опалення, ГДж/год.
В результаті проведених досліджень було встановлено:
а) висадка розсади була проведена пізніше на 5 діб від контрольної теплиці, але не дивлячись на це, врожай в період раннього збору був значно вищий від контрольної теплиці; це можна пояснити створенням новою системою опалення кращих температурних умов для кореневого середовища рослин, внаслідок наближення опалювальних приладів до зони росту рослин;
б) в переобладнаній теплиці спостерігався більший збір стандартної продукції ніж у базовій на 14%;
в) економія теплоти в переобладнаній теплиці, в порівнянні з базовою, за даними лічильника, склала 323,7ГДж, при застосуванні шторного екрану в зимові мiсяцi додатково заощаджувалося 20,85 ГДж теплоти;
г) розподіл температур по висоті споруди при застосуванні шторного екрану і без нього (рис. 5) свідчать про достатній збіг при порівнянні з даними, отриманими при теоретичних розрахунках (розбіжність складає 5...7%);
д) економічний ефект від переобладнаної системи опалення, враховуючи додаткові витрати на обладнання 19465,7 грн, вартість 1 ГДж=23,86 грн (за даними агрокомбінату), склав 5293 грн за рік на площі 0,1 га теплиць.
Рис. 5 Розподіл температур в переобладнаній теплиці
а) з екраном, б) без екрану
У п'ятому роздiлi наведені заходи по підвищенню ефективності експлуатації теплиць склопакетної конструкції. При застосуванні склопакетного огородження погіршуються умови таяння снігу на покритті теплиці при сильних снігопадах. Тому були розглянутi вже відомі засоби снiговидалення i запропоновані найбільш вiдповiднi для подвійного скління: видалення снігу з покриття за допомогою теплої води, яка подається по трубопроводах на покриття споруди. Також запропоновано під час інтенсивного снігопаду застосовувати газові або електричні випромінювачі. Для цього був проведений розрахунок системи снiготаяння з таких обiгрiвачiв при огородженні теплиці зі склопакетів.
В роздiлi також наведена оцінка економічної ефективності застосування системи опалення зони вегетації рослин в теплиці з огородженням з подвійного скління та з огородженням з одинарного скління зі шторним екраном. Для порівняння за базовий об'єкт приймалася зимова блокова теплиця площею 1 га за т.п. 810-1-13.86. Витрати палива на обiгрiв споруди з подвійного скління зменшаться на 550 000 м3 газу за рік, з одинарного скління зі шторним екраном - на 170 000 м3 газу.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Обґрунтована доцільність розробки позонної системи опалення зимових теплиць з огородженням з підвищеними теплозахисними властивостями.
2. Запропонована i експериментально досліджена розрахункова модель визначення поля температури в об'ємi теплиці при опаленні зони вегетації рослин.
3. Визначені закономірності впливу на опір теплопередачі товщини повітряного прошарку i кута нахилу склопакета. Встановлено, що опір теплопередачі склопакета у горизонтальному положенні на 10...15% вищий, ніж у вертикальному.
4. Експериментально визначені оптимальна товщина та кути нахилу до горизонту склопакетного огородження. Встановлено, що найбільш ефективним є склопакет з товщиною повітряного прошарку 16 мм.
5. Експериментально визначена ефективність застосування шторного екрану під покриттям теплиці з одинарним скляним огородженням. Застосування шторного екрану знижує розрахункові тепловтрати через огородження на 35...40%, при періодичному застосуванні - на 15...20%.
6. Розроблена методика розрахунку позонної системи опалення теплиць, в основу якої покладені аналітичні розв'язання рівнянь взаємодії конвективних потоків висхідних і низхідних струмин і емпіричні залежності опору теплопередачі огороджуючих конструкцій з підвищеними теплозахисними властивостями.
7. Розроблені заходи по підвищенню ефективності експлуатації теплиць склопакетної конструкції в зимових умовах. Для зняття снігового навантаження отримані дані для використання газових або електричних випромінювачів під покриттям теплиці.
8. Визначені технiко-економiчнi переваги теплиць склопакетної конструкції i з одинарним скляним огородженням та шторним екраном. Застосування склопакетного огородження дає змогу знизити витрати газового палива в середньому на 40...45% у порівнянні з традиційним одинарним огородженням.
9. Результати досліджень використані при розробці типового проекту “Енергозберігаюча теплиця площею 1 га У 810 - 1 - 39.94”, при переобладнанні системи опалення промислової зимової теплиці в агрокомбiнатi “Пуща-Водиця”. В результаті переобладнання економія теплової енергії від впровадження розроблених заходів склала 324 ГДж на рік для теплиці площею 0,1 га.
СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Iваненко П.П., Росковшенко Ю.К., Клiмова I.В. Промислова теплиця з подвiйним склiнням // Будiвництво України. - 1998. - №2.- с.33...34.
2. Iваненко П.П., Росковшенко Ю.К., Клiмова I.В. Система обмеженого опалення зимових теплиць // Будiвництво України. - 1998. - №6.- с.38...40.
3. Клiмова I.В. Оцiнка впровадження енргоощадних заходiв при забезпеченнi необхiдного температурного режиму в теплицях // Будiвництво України. - 2001. - №4.- с.35...36.
4. Клiмова I.В., Росковшенко Ю.К. Зменшення енерговитрат при реконструкцiї iснуючих i будiвництвi нових теплиць // Вiсник Херсонського державного технiчного унiверситету. – 2001. - №4(13). - с. 393...396.
5. Ткачук А.Я., Росковшенко Ю.К., Клiмова I.В. Шляхи зменшення енерговитрат в промислових теплицях // Строительство. Материаловедение. Машиностоение. Сб. научн. тр. - Дн-ск: ПГАСиА, 2001. - №14. - с.77...79.
АНОТАЦІЇ
Климова И. В. Тепловой режим зимних теплиц с позонным отоплением. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 – вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2002.
Диссертация состоит из вступления, пяти разделов, основных выводов, списка использованных литературных источников из 102 наименований, 2 приложений, 19 таблиц и 50 рисунков.
Диссертация посвящена исследованию способов, повышающих эффективность работы систем отопления в зимних теплицах.
В работе выполнен аналитический обзор способов и технических решений снижения энергозатрат в теплицах. Отмечено, что значительные расходы теплоты на обогрев тепличных сооружений обусловлены низким термическим сопротивлением ограждающих конструкций и нерациональной работой систем отопления.
С целью повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций предложено использовать стеклопакеты и шторные экраны. При увеличении термического сопротивления ограждающих конструкций возможно использовать позонную систему отопления, т.е. поддерживать необходимые температурные параметры только в зоне вегетации растений, постепенно повышая эту зону с ростом растений. Высота зоны, в которой поддерживаются температурные параметры, регулируется надпочвенной и подкровельной системой отопления.
В результате проведения технико-экономического обоснования определено, что для ограждения теплиц целесообразно применять отечественные стеклопакеты с воздушной прослойкой. Использование стеклопакетов позволяет снизить годовой расход теплоты на отопление на 45 % по сравнению с одинарным ограждением.
В результате проведения экспериментальных исследований были установлены графические и эмпирические зависимости коэффициента теплопередачи стеклопакета от толщины воздушной прослойки и угла наклона стеклопакета к горизонту и выбран стеклопакет с наиболее эффективной толщиной воздушной прослойки – 16 мм.
Установлена эффективность применения шторного экрана из ткани, выбранной технологами, в теплице с одинарным ограждением при экспериментальном и натурном исследовании. При периодическом использовании экрана (14 часов в сутки) расчетные теплопотери через ограждение уменьшаются на 20 %.
На основе расчетной модели взаимодействия конвективных потоков в объеме сооружения рассчитано температурное поле по высоте теплицы. Разработана методика расчета системы отопления в теплице с ограждением из стеклопакетов и с одинарным остеклением со шторным экраном, которая определяет мощность надпочвенной и подкровельной систем обогрева, диаметр, количество трубопроводов и параметры теплоносителя.
Приведены результаты экспериментальной проверки позонной системы отопления в промышленной теплице с одинарным остеклением и шторным экраном. Проведен сопоставительный анализ расчетных и экспериментальных данных и отмечено их практическое совпадение.
Предложено несколько эффективных способов для удаления снеговой нагрузки с покрытия теплиц при использовании стеклопакетов.
Выполнена оценка экономической эффективности применения позонной системы отопления в теплице с ограждением с повышенными теплозащитными свойствами. Результаты роботы использованы при разработке типового проекта "Энергосберегающая теплица площадью 1 га" и при переоборудовании промышленной теплицы в Киевском агрокомбинате "Пуща-Водица".
Сведения, приведенные в диссертации, отражены в печатных работах автора.
Ключевые слова: зимняя теплица, стеклопакет, шторный экран, конвективный поток, энергосбережение, эффективность, позонная система отопления.
Клімова І.В. Тепловий режим зимових теплиць з позонним опаленням. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 – вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2002.
Дисертацію присвячено дослідженню заходів, що підвищують ефективність роботи системи опалення зимових теплиць. Встановлено, що великі витрати теплоти на обігрів тепличних споруд зумовлені низьким термічним опором огороджуючих конструкцій і нераціональною дією систем опалення. Запропоновано підвищити опір огороджуючих конструкцій шляхом застосування склопакетів і шторних екранів і розробити позонну систему опалення. Теоретично обґрунтована і підтверджена експериментально ефективність застосування системи опалення зони вегетації рослин в теплиці з огородженням з підвищеними теплозахисними властивостями. Отримані емпіричні залежності для розрахунку коефіцієнта теплопередачі склопакета з різними товщинами повітряного прошарку і кутами нахилу до горизонту. Розроблена методика розрахунку позонної системи опалення в зимових теплицях склопакетної конструкції і з одинарним огородженням зі шторним екраном. Результати роботи використані при розробці типового проекту “Енергозберігаюча теплиця площею 1 га” і при переобладнанні промислової теплиці в Київському агрокомбінаті “Пуща-Водиця”.
Ключові слова: зимова теплиця, склопакет, шторний екран, конвективний потік, енергозбереження, ефективність, позонна система опалення.
Klimova I. A thermal mode of winter hothouses with zone by heating. - Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.23.03 - ventilation, illumination and heatgassapply. The Kiev national university of building and architecture, Kiev, 2002.
The dissertation is devoted to research of methods raising an overall performance of systems of heating in winter hothouses.
Is determined, that the heavy expense of heat on heating of hothouses is stipulated by low thermal resistance of protecting designs and irrational work of systems of heating. It is offered to increase resistance of protecting designs by application glasspacks and blind of screens and to develop zone system of heating. The efficiency of application of heating system of the plant vegetation zone is justified theoretically and confirmed experimentally in a hothouse with a protection with increased heat-shielding properties. The empirical dependences for account of factor of a heat transfer glasspack with different thickness of an air layer and corner of an inclination to horizon are received. The technique of account zone of system of heating in hothouses glasspack of a design and with a unary glass protection with blind by the screen is developed. The results of work are used at development of the typical project “ The savings of heat a hothouse by the area 1 gа” and at reequipment of an industrial hothouse in Kiev agrokombinat “Pyscha-Voditsa”.
Key words: a winter hothouse, glasspack, blind the screen, a convective flow, savings of heat, efficiency, the heating zone system.
| 
