2.2. МЕТОДЫ ПРИБЛИЖЕННЫХ РАСЧЕТОВ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ТЕПЛИЦ

Наиболее часто уравнения теплового баланса используют для расчета мощности (теплопроизводительности) системы отопления. При этих расчетах не учитывают солнечную радиацию (ночной режим), потери тепла на вентиляцию. В начальный период развития растений теплообменом с растениями ввиду его незначительности пренебрегают. В этом случае система отопления воздуха должна компенсировать теплопотери через ограждение и на инфильтрацию. При отсутствии системы обогрева почвы учитывают и теплопотери через грунт:

Q_oт.в = Q_oгp + Q_инф + Q_почв. (9)

В расчетных формулах внутреннюю температуру воздуха для зимних теплиц принимают равной 15 °С, температуру наружного воздуха - равной средней многолетней для самых холодных суток для данного географического района и периода эксплуатации.

Для упрощения расчетов теплопотери через почву, так же как и потери на инфильтрацию, выражают в долях теплопотерь через ограждение (в среднем 0,03).

Тогда общая теплопроизводительность системы, кВт, отопления

Q_oт.в=1,23К_oгpК_TS_Т(t_ВН-t_Н•1000.(10)

Если в теплице проектируется и система обогрева почвы, теплопроизводительность системы обогрева почвы рассчитывается без учета теплопотерь через почву:

Q_oт.в=1,2К_oгpК_TS_Т(t_ВН-t_Н•1000.(11)

где К_огр - коэффициент ограждения теплицы [см. формулу (3)]; К_т - коэффициент теплопередачи, принимаемый в соответствии с указаниями в формуле (3); S_Т - площадь теплицы, м²; t_вн - температура воздуха в теплице, °С; t_н - расчетная температура наружного воздуха, °С.

Для расчета системы отопления почвы используют нормативный коэффициент:

Q_oт.п=0,06Q_oт.в.(12)

Конструктивный расчет систем отопления теплиц проводят в зависимости от выбранного типа системы. Если теплицу предполагается отапливать при помощи металлических труб с циркулирующим теплоносителем, определяют необходимое количество труб, их массу и расположение в теплице. При расчете воздушно-калориферного отопления определяют количество агрегатов и их расположение в теплице.

Количество агрегатов для обогрева теплицы устанавливают но обеспеченности необходимой суммарной теплопроизводительности:

N=Q_от.в/(Q_агрК_з)

где Q_от.в - необходимая теплопроизводительность системы отопления, кВт; Q_агр - теплопроизводительность отдельного агрегата, кВт (табл. 4 и 5); К_з -коэффициент запаса, равный 1,15.

Таблица 4. Технические данные воздушно-отопительных агрегатов

Таблица 5. Основные технические данные теплогенераторов и воздухонагревателей

При расчете водотрубной системы отопления вначале определяют требуемую площадь поверхности, м², отопительных приборов

S_OT = Q_ОТ.В•1000/(К_от(t_от.ср - t_вн)),(14)

где Q_от.в - необходимая теплопроизводительность системы отопления воздушного шатра, кВт; К_т - коэффициент теплопередачи для труб, равный 12 Вт/(м²•°С) для гладких труб, 10 Вт/(м²•°С) для полиэтиленовых труб подпочвенного обогрева и 6 Вт/(м² -°С) для стальных сребренных труб; t_от.ср средняя температура труб в системе отопления, которая зависит от температуры теплоносителя:

для перепада температур в системе отопления 45-35 С (подпочвенный обогрев)

t_от.ср = (45+35)/2=40°С;

для перепада 95-70 °С

t_от.ср=(95+70)/2=82,5°С;

для перепада 130-70 °С

t_от.ср= (130+70)/2=100 °С;

для перепада 150-70 °С

Q_от.ср=(150+70)/2 =110°С;

t_ВН - расчетная температура, воздуха в теплице, °С.

Ддя системы отопления используют трубы диаметром условного прохода (внутренним) 25, 32, 40, 50, 70, 80 и 100 мм. Общую длину, м, труб определяют по формуле L=S_от/S_тр,(15)

где S_OT - площадь поверхности 1 м трубы (табл. 6) . Температурные графики систем отопления определяются в технических условиях на стадии проектирования теплицы энергоснабжающими организациями. В графике указывается температура первичного и вторичного теплоносителя для расчетной температуры наружного воздуха.

Таблица 6. Технические данные стальных и стеклянных отопительных труб

В качестве примера рассчитаем систему отопления для блочной остекленной теплицы площадью 1000 м² для условий эксплуатации в Подмосковье.

Теплопроизводительность системы отопления воздуха зимней блочной теплицы

Q_oт.в=1,2К_oгpК_TS_Т(t_ВН-t_Н.Р)•1000=1,2•1,3•6,4•1000(15+31)•1000=459,26 кВт. (16)

Требуемая поверхность отопительных приборов (труб) при отопительном графике 130-70 °С составит

S=Q•1000/[К_от(t_от.ср)-t_вн]=459,26•1000/[10(100-15)]=540,3 м². (17)

Общая длина труб внутренним диаметром 51 мм для теплицы

L=S_от/S_тр=540,3/0,16=3376,9 м. (18)

При расчете системы отопления индивидуальной пленочной теплицы вначале необходимо уточнить, в каких условиях будет работать проектируемая системама. Если теплица предназначена для ранней эксплуатации, что предполагает покрытие ее пленкой и включение системы отопления в апреле, то нужно в расчетах принимать температуру наружного воздуха, равную -15 С. При поздних сроках эксплуатации (май, июнь) достаточно обеспечить защиту растений от возвратных заморозков (до -5 °С). И в том, и в другом случае внутреннюю температуру принимают для огурцов +12 °С, для томатов +8 °С, для зеленньЪс культур +5 °С.

Рассчитаем потребную теплопроизводительность системы отопления для ранних и поздних сроков ввода в эксплуатацию пленочной теплицы типа "Урожай". Вначале определим коэффициент ограждения теплицы. Площадь ограждения теплицы (рис. 24) образуют боковые и торцевые стены и кровля, суммарная их поверхность

S_огр=1,4•12,2+1,15•2+2,1•0,5=27,3 м². (19)

Коэффициент ограждения

К_огр = S_oгp/S_T=27,3/(2,1•4)=3,25. (20)

Рис. 24. К расчету коэффициента ограждения теплицы 'Урожай'

Требуемая производительность системы отопления для раннего периода эксплуатации без системы отопления почвы

Q_отв = 1,23К_огрК_TS_Т(t_ВН-t_Н)/1000 = 1,23•3,25•7,5•8,4(12+15)/1000 = 6,8 кВт.(21)

Система отопления для поздних сроков эксплуатации (для защиты растений от возвратных заморозков) будет значительно меньшей мощности (при условии поддержания в теплице температуры +5 °С):

Q_OTB=1,23•3,25•7,5•8,4(5+5)/1000=2,52 кВт.(22)

Можно решить и обратную задачу, т. е. определить возможную защищенность растений при установке в теплице нагревательного устройства заданной производительности. Рассчитаем, какую температуру может обеспечить в теплице электротепловентилятор "Ветерок" мощностью 1,25 кВт при температуре наружного воздуха -5 °С. Воспользуемся формулой (10) для определения теплопроизводительности системы отопления:

Q_отв = 1,23К_огрК_TS_Т(t_ВН-t_Н)/1000.(23)

Отсюда

t_вн = 1000 Q_ОТВ/(1,23К_огрК_TS_T+t_Н=1250/(1,23•3,25•7,5•8,4)-5°С =-0,04 °С. (24)

Расчет показал, что указанное нагревательное устройство может быть использовано в теплице для защиты от заморозков до -5 С.

Систему отопления почвы обычно не рассчитывают, а выбирают по аналогии с промышленными типовыми теплицами. При использовании водотрубной системы из полиэтиленовых труб их располагают с шагом 0,75—0,80 м в овощных теплицах и 0,4 м в рассадных. Более подробно об устройстве отопления почвы будет рассказано ниже.

В индивидуальных теплицах с обогревом воздуха мощность системы отопления почвы принимается равной 40-50 Вт/м², без обогрева воздуха 80-100 Вт/м².

Систему вентиляции также специально не рассчитывают, а используют нормативные коэффициенты, полученные опытным путем. Для систем с естественной вентиляцией доля раскрывающихся фрамуг должна составлять 5-10% площади ограждения для центральных районов и 10-15% для южных районов. Для проектирования побудительной вентиляции при помощи электровентиляторных агрегатов пользуются нормативной кратностью воздухообмена. Для индивидуальных теплиц расчетная подача вентиляторов должна составлять не менее 1 м³/мин на 1 м² плдщади теплицы, для промышленных типовых теплиц блочного типа - 1,5 м³/мин, для ангарных теплиц - 2 м³/мин.