2.4. КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОБОГРЕВА И ВЕНТИЛЯЦИИ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТЕПЛИЦ

Как правило, индивидуальные теплицы используются без систем технического отопления. Необходимый для растений температурный режим в них поддерживается благодаря солнечной энергии. Однако при отсутствии систем отопления такие теплицы невозможно эксплуатировать в начале весны, а кроме того, солнечной энергии в дневное время может оказаться недостаточно для поддержания в теплице положительной температуры при ночных заморозках.

Значительно повысить эффективность использования солнечной энергии можно путем аккумулирования тепла в грунте в ясные солнечные дни. Теплица такой конструкции разработана Н. И. Тавриловым. Аккумулирование солнечной энергии в теплице достигается путем циркуляции теплого воздуха по асбоцементным трубам диаметром 10—20 см, уложенным в слое глины на глубине 40—50 см. Движение воздуха осуществляется благодаря электровентилятору мощностью 25—30 Вт (рис. 29). При постоянной циркуляции днем теплый воздух, проходя по трубам, отдает тепло слою глины толщиной 20 см и тепличному грунту, а ночью более холодный воздух в теплице нагревается за счет аккумулированного тепла.

Рис. 29. Схема теплицы с аккумуляцией солнечного тепла в почве: 1 - приямки; 2 - почвенные трубы; 3 - соединительный канал; 4 - вентилятор

Расход электроэнергии за сезон эксплуатации теплицы (май—август) составляет 80—90 кВт•ч. Минимальная ночная температура воздуха на 4—5 °С выше, чем в обычной теплице без обогрева. Подробное описание конструкции теплицы приведено в [4, 6, 12].

Улучшить использование солнечной энергии в теплице можно благодаря выносной гелиоустановке, в которой достигается более высокая температура используемого теплоносителя. Одна из возможных конструкций солнечного коллектора разработана в научно-производственном объединении "Армсельхозмеханизация" [13].

Солнечный коллектор (нагреватель) состоит из алюминиевого корпуса площадью 2 м², в котором размещены восемь труб, светопрозрачного ограждения из стекла, теплообменника и тепловой изоляции (рис. 30).

Рис. 30. Солнечный коллектор: 1 - корпус; 2 - теплоизоляция; 3 - тепловая труба; 4 - плоское ребро; 5 - защитное стекло; 6 — кронштейн-основание; 7 - входной патрубок; 8 - теплообменник; 9 - кольцевые ребра; 10 - выходной патрубок воздуховода

Тепловые трубы в зоне нагревателя снабжены плоскими ребрами, а в зоне теплоотдачи — кольцевыми. В качестве теплоносителя используется фреон, однако схема пригодна и для варианта с заполнением водой. Теплопоглотительная поверхность коллектора покрыта черной матовой краской.

Принцип работы гелионагревательной установки следующий: солнечная радиация, проходя через светопрозрачное ограждение, воспринимается тепловыми трубами и вызывает нагревание воды или испарение фреона. Горячая вода или пары фреона, поднимаясь вверх, охлаждаются в теплообменнике проходящим через него воздухом. Охладившаяся вода или сконденсировавшиеся пары фреона возвращаются в зону нагревания под действием гравитации.

Подобная нагревательная солнечная установка разработана в Новосибирске для обогрева небольшого дома [14]. В ней вторичным теплоносителем также является воздух. Мощность воздушных гелиоустановок в солнечную погоду может достигать 500—800 Вт на каждый квадратный метр площади коллектора.

В качестве вторичного теплоносителя в солнечном нагревателе можно использовать воду, подключая коллектор к водяной системе отопления теплицы и дополнительной емкости для аккумулирования тепла. Конструкция такого коллектора площадью 1,275 м² приведена в журнале "Моделист-конструктор" [15].

Если есть возможность постоянно контролировать температуру в теплице, можно рекомендовать устройство печного отопления. Одна из конструкций печи описана Л. В. Назариновым [4]. Печь предназначена для отопления небольших (до 15 м²) теплиц и состоит из собственно печи, горизонтального дымохода и дымовой трубы. Конструкция печи ясна из рис. 31. Дымоход печи, проходящий под стеллажами в теплице, укладывают с завышением (1,5 см на 1 м длины)4 к трубе для обеспечения лучшей тяги. Расстояние печи и дымохода от стен теплицы и от верха дымохода до стеллажа должно быть не менее 15 см.

Рис. 31. Тепличная печь: разрезы по Н-Р, А-В, C-D; 1 - печь; 2 - дымоход; 3 - шанцы; 4 - фундаменту 5 - перегородка; 6 - стенка в один кирпич; 7 - выстилка в два ряда; 8 — фасад

Теплицу можно отапливать и при помощи водяного отопления (рис. 32). Для этого в тамбуре теплицы устанавливают водогрейный котел. Горячая вода из котла поступает по трубе диаметром 76 мм, уложенной под коньком теплицы с небольшим уклоном к коллектору, где распределяется по четырем обогревающим трубам диаметром 57 мм, расположенным под стеллажами. Возле тамбура обогревающие трубы опять соединяются в коллектор, и охлажденная вода по обратному трубопроводу поступает в котел для нагрева.

Рис. 32. Водяное отопление в теплице: 1 - котел; 2 - отопительные трубы; 3 - горячая труба; 4 - обратная труба

Циркуляция воды в системе обеспечивается установкой в самой высокой точке теплицы расширительного бака емкостью 20—30 л, соединенного с питающей трубой. Через питательный бак производится также заполнение системы водой. Водяная система отопления более проста и надежна в эксплуатации по сравнению с печной.

Для обогрева воздушной среды теплицы можно использовать различные нагреватели, в том числе работающие на жидком и газообразном углеводородном топливе, а также электрические нагревательные устройства.

В качестве аварийной системы отопления можно использовать бытовые газовые плиты, работающие на сжиженном газе, или бензиновые подогреватели для автотуристов, например "Шмель-2". В этом случае нужно быть предельно аккуратным, применять все меры для предотвращения пожара в помещении и периодически контролировать работу устройств.

Значительно безопасней в пожарном отношении обогреватели беспламенного или каталитического горения. Принцип их работы заключается в том, что пары жидкого топлива (бензина или спирта) окисляются кислородом воздуха в присутствии катализатора непосредственно на поверхности нагревательного элемента. Тепло выделяется не за счет сгорания, а за счет химической реакции окисления.

Каталитический нагреватель мощностью 1,2 кВт выпускается промышленностью. Одна из самодельных конструкций разработана инж. И. Ювенальевым и описана в журнале "Моделист-конструктор" [16]. Мощность нагревателя может достигать 11,6 кВт.

Существует отечественный газовый каталитический обогреватель "Гелиос" мощностью 2 кВт (цена 69,8 руб.). Масса нагревателя 11,6кг, габаритные размеры 310×565×400 мм. Нагреватель комплектуется двумя литровыми баллонами со сжиженным пропан-бутаном, которых хватает на 6—7 ч непрерывной работы.

Электронагревательные устройства удобны тем, что процесс обогрева теплицы может быть легко автоматизирован. Однако, как показывают расчеты, прямой обогрев теплиц даже небольшой площади связан с необходимостью установки нагревателей большой мощности, что не всегда возможно по условиям электроснабжения участка.

Если условия электрического ввода нормальные и позволяют подключать токоприемники мощностью до 2 кВт, можно применить бытовые электронагревательные приборы в режиме аккумулирования тепла, используя в качестве аккумулятора грунт теплицы, как предусмотрено в теплице инж. Н. И. Гаврилова. Очень удобны в этом случае различные электротепловентиляторы, например марки "Ветерок" мощностью 1,25 кВт, стоимостью 24 руб.

Специально для индивидуальных теплиц разработан электронагревательный провод, который можно использовать для обогрева как почвы, так и воздуха в теплице. Электронагревательное устройство УНТ-1 или УНТ-2 состоит из нагревательного провода типа ПНВСВ длиной 66 м, автоматического выключателя и двухполюсной штепсельной розетки с заземляющим контактом (для УНТ-2). Мощность устройства 1 кВт.

При монтаже нагревательного провода в грунте работы нужно проводить в следующем порядке:

вырыть котлован глубиной 400-500 мм;

выровнять и утрамбовать дно котлована;

насыпать слой керамзита или щебня толщиной 40-50 мм и слой песка толщиной 50 мм;

у торцевых стенок котлована уложить деревянные шаблоны из бруса сечением 40×40 мм с прорезями через 100 мм;

уложить нагревательный провод в соответствии со схемой (рис. 33) ;

Рис. 33. Схема укладки нагревательного провода для обогрева почвы: 1 - контур теплицы; 2 - деревянные шаблоны; 3 нагревательный провод; 4 - соединение; 5 - соединительный провод

смонтированный провод засыпать слоем песка толщиной 50 мм залить цементным раствором толщиной 30 мм;

поверх песчаной засыпки (или цементной стяжки) питательную почву слоем 250—300 мм.

Нити нагревательного провода, а также места соединения нагревательного провода с подводящим кабелем не должны касаться друг друга.

При монтаже нагревательного провода для обогрева воздуха необходимо изготовить и закрепить на стенах теплицы крючки и уложить на них провод (рис. 34). Расстояние между крючками по горизонтали 800-1000 мм, по вертикали 100—120 мм и 200 мм от поверхности почвы.

Рис. 34. Схема укладки нагревательного провода для обогрева воздуха: 1 - стенка теплицы; 2 - соеданительный провод; 3 - соединение; 4 - нагревательный провод; 5 - крючок

Если технический обогрев в теплице смонтировать по каким-либо причинам не удается, можно значительно улучшить выращивания растений за счет биотоплива. В качестве биотоплива можно использовать не только навоз домашних животных, но и мусор, древесные опилки и кору, растительные остатки и солому.

Разогревают биотопливо за неделю до закладки в теплицу, разрыхляя его вилами. Бытовой мусор и солому укладывают в подготовленную теплицу и поливают горячей водой или навозной жижей. Можно использовать и 0,6%-ный раствор мочевины. Через 3—4 дня материал разогревается и на него можно насыпать слой почвы. Биотопливо не только обогревает почву, но и улучшает температурный и газовый режим воздуха в теплице.

При наличии обогрева почвы можно защитить растения от небольших заморозков, применяя термосифонные трубы, осуществляющие интенсивный теплообмен между почвой и воздухом в теплице. Термосифоны различных конструкций разработаны в Агрофизическом институте [17]. Одна из конструкций представлена на рис. 35. Термосифон представляет собой металлическую трубу длиной 600 мм и внутренним диаметром 18 мм. Для интенсивной теплоотдачи в верхней части трубы приварено шесть ребер размером 150×20 мм. Термосифон этой конструкции устанавливается под углом 60° к горизонту. При установке термосифонов из расчета одно устройство на 0,4 м² площади температура воздуха в теплице может быть повышена на 2—3 °С.

Рис. 35. Термосифон: 1 - биотопливо; 2 - грунт; 3 - воздушная среда; 4 - корпус сифона; 5 - ребро; 6 — резиновая пробка

Вентиляция индивидуальных теплиц; также как и промышленных, осуществляется в основном открытием фрамуг, причем площадь вентиляционных отверстий в центральных районах должна составлять 10%, в южных — 15% площади ограждения теплиц. Вентиляционные проемы устраивают ют в торцевых стенах за счет шторных дверей, в боковых стенах или в кровле (рис. 36, а-в}. В теплицах с пленочным покрытием можно закатывать боковое ограждение при помощи специальных валов (рис. 36, г).

Рис. 36. Схемы расположения форточек в индивидуальных теплицах: а — раздвижные торцевые; б — в боковых стенах; в — на кровле; г — шторная в боковых стенах

Конструктивно форточки можно выполнять с подвесом за одну из сторон к коньку или верхней обвязке боковой стены. Крепят форточки на петлях, предотвращения утечки теплого воздуха в закрытом состоянии делают специальные уплотнительные прокладки. Для снижения требуемого усилия при открытии и закрытии форточки последним может иметь ось вращения не по одной из сторон, а с некоторым смещением к центру (рис. 37).

Рис. 37. Конструкция форточки с двумя неравными скатами: 1 - стойка; 2 - боковая стойка; 3 - коньковая рейка; 4 - открывающийся скат; 5 - стропильная рейка; 6 - козырек; 7 - уплотнение; 8 - болт; 9 - оттяжка

Несколько конструкций самодельных терморегуляторов описаны в журналах. Устройство с масляным гидроцилиндром приведено в статье В. Артюхова "Безотказный помощник" ("Приусадебное хозяйство" № 3, 1987 г., с. 36). Оригинальный термопривод сконструирован И. Егоровым ("Приусадебное хозяйство" № 3, 1988 г. с. 30). Принцип его действия основан на разности значений температурного коэффициента линейного расширения металла и винипласта. Собственно рабочим органом привода фрамуг является двухслойная пластина размером 1100×170 мм, шарнирно соединенная нижней частью с цоколем теплиц и верхней частью — с тягой фрамуги в боковой стенке теплицы. При повышении температуры воздуха пластины изгибаются и открывают фрамугу, охлаждение воздуха приводит к обратному эффекту. Индивидуальные теплицы можно оборудовать приточно-вытяжной побудительной системой вентиляции. Для этого в одном из торцов теплицы устанавливают электровентилятор с расчетной подачей 1 м²/мин на 1 м² площади теплицы для центральных районов и 1,5 м³/мин для южных. Для вентиляции небольших теплиц вполне пригодны бытовые вентиляторы типа "Орбита" и "Апшерон" производительностью 20-30 м³/мин. Вентиляторы включают на вытяжку, для обеспечения притока воздуха в теплицу с противоположного торца теплицы устанавливают жалюзи (рис. 38). Жалюзи должны быть постоянно закрытыми, а при включении в работу вентилятора они открываются благодаря разрежению воздуха в теплице.

Рис. 38. Побудительная механическая вентиляция теплицы: 1 — приточные жалюзи; 2 — вентилятор