Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Обеспечение параметров микроклимата в теплицах в теплый период года

05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Кайтмазов Тарас Валерьевич

Нижний Новгород - 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Бодров Валерий Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Моисеев Борис Вениаминович,

кандидат технических наук, профессор Павленко Владимир Александрович

Ведущая организация

ЗАО "ПРОЕКТПРОМВЕНТИЛЯЦИЯ", г. Нижний Новгород

Защита состоится " 22 " мая 2007 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.02 при ГОУ ВПО "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, д.65, корпус 5, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет".

Автореферат разослан "____" апреля 2007 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент М.О. Жакевич

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Использование зимних теплиц в теплый период года для выращивания овощей затруднено из-за перегрева воздуха в них вследствие повышенной интенсивности солнечной радиации. Потери урожая в этот период года могут достигать 50…80%, а иногда заканчиваются гибелью растений.

Создание и поддержание расчетных параметров микроклимата в теплицах в теплый период года наиболее эффективно и экономично путем комплексного использования естественных и искусственных факторов формирования температурно-влажностных и воздушных режимов, объединенных в комплексную систему охлаждения. Актуальность исследований заключается в разработке инженерных методов и средств по созданию, поддержанию и управлению режимами эксплуатации систем кондиционирования микроклимата в теплицах в теплый период года в климатических условиях средней полосы России.

Работа проводилась в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете в период с 2002 по 2006 гг. Она выполнялась в рамках научно-технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники", подпрограмма 211.07, проект "Разработка и обоснование вероятностных показателей нестационарных возмущающих воздействий на тепловой режим зданий".

Цель исследований заключается в разработке научно обоснованных методов и средств по созданию, поддержанию и управлению требуемыми по технологии выращивания овощных культур температурного, влажностного и воздушного режимов в теплицах в теплый период года при минимуме энергозатрат.

Для достижения поставленной цели решен комплекс задач, основными из которых стали следующие.

микроклимат теплица энергозатрата

1. Уточнена система уравнений тепломассопереноса при формировании теплового, влажностного и воздушного режимов в телицах в теплый период года при работе комплексных систем снятия перегрева.

2. Аналитически и экспериментально подтверждены закономерности динамики снятия перегрева в объеме теплицы с биомассой в теплый период года по мере нарастания интенсивности теплопоступлений от солнечной радиации.

3. Разработана инженерная методика расчета режимов работы комплексных систем снятия перегрева и рекомендации по их проектированию и эксплуатации.

4. Выполнено прогнозирование технико-экономических эффективности и коэффициентов обеспеченности параметров микроклимата в течение суток и в годовом цикле выращивания овощных культур в типовых зимних теплицах в зависимости от используемого инженерного оборудования и режимов его работы в комплексных системах обеспечения микроклимата (КСОМ).

Научная новизна работы:

уточненная система уравнений тепломассопереноса в объеме теплиц с учетом теплопоступлений от солнечной радиации в теплый период года позволила дифференцировать эффективность комплексной системы снятия перегрева по шести характерным режимам;

разработана методика ступенчатого снятия перегрева для обеспечения расчетных параметров микроклимата в объеме сооружения при максимальном использовании естественных и минимальном использовании искусственных источников энергии;

впервые экспериментально получены аэродинамические коэффициенты для зданий теплиц, необходимые для расчета интенсивности воздухообмена при естественной и механической вентиляции и при определении производительности систем испарительного охлаждения;

разработаны и приведены на I-d-диаграмме влажного воздуха термодинамические процессы обработки воздуха в объеме теплиц, определяющие область применения естественных и искусственных источников холода;

определены требуемые характеристики оборудования комплексной системы водоаэрозольного охлаждения (СВАО) воздуха в теплице и ее отдельных элементов в теплый период года;

количественно обоснованы коэффициенты обеспеченности параметров микроклимата в течение суток и в годовом цикле выращивания овощных культур в зависимости от использования инженерного оборудования и режимов его работы.

На защиту выносятся:

схемы и основные балансовые уравнения тепловых потоков в объеме теплиц в теплый период года с учетом интенсивности солнечной радиации при шести характерных режимах работы комплексной системы снятия перегрева;

значения аэродинамических коэффициентов моделей блочных и ангарных теплиц, полученных в результате испытаний в аэродинамической трубе в условиях автомодельности относительно реальных теплиц;

аналитические результаты определения максимально достижимой кратности воздухообменов в теплицах при аэрации под действием гравитационных сил и ветрового давления;

термодинамические процессы изменения параметров воздуха в объеме теплиц при работе систем водоаэрозольного охлаждения;

эффективность и коэффициенты обеспеченности комплекса систем снятия перегрева, снижения температуры внутреннего воздуха в теплице в течение светового дня в теплый период года и в переходном культурообороте в годовом цикле.

Обоснованность и достоверность научных результатов, содержащихся в работе, подтверждаются использованием основных законов тепломассообмена, аэродинамики, результатами проведенных лабораторных и натурных исследований с использованием современного оборудования и приборов, в получении удовлетворительной согласованности расчетных и натурных результатов.

Практическую ценность работы определяют количественные характеристики интенсивности снятия перегрева в теплицах в суточном и годовом циклах при работе систем организованного проветривания, систем с активной шахтной аэрацией или механической вентиляцией и комплекса СВАО; экспериментальные значения аэродинамических коэффициентов зданий теплиц; рекомендуемые конструктивные решения СВАО воздуха в теплицах в теплый период года; методика инженерного расчета и рекомендации по проектированию и эксплуатации КСОМ в теплицах в теплый период года.

Реализация результатов работы. Одним из результатов работы являются "Рекомендации по проектированию и эксплуатации комплексной системы обеспечения параметров микроклимата в теплицах в теплый период года", принятые для внедрения ЗАО "Проектпромвентиляция" (г. Нижний Новгород). По результатам исследований разработана техническая документация и проведена наладка систем поддержания параметров микроклимата в теплицах ЗАО Агрофирма "Косино" (Московская обл.) и ООО "Нива" (Нижегородская обл.). Результаты исследований используются в ННГАСУ в процессе обучения по дисциплине "Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий", при курсовом и дипломном проектировании. Акты внедрения результатов научно-исследовательской работы представлены в диссертации.

Апробация работы в виде докладов и обсуждений основных положений и результатов исследований проходила: на ежегодных семинарах преподавателей и сотрудников ННГАСУ 2003…2006 гг; на международных конгрессах "Великие реки - 2004", "Великие реки - 2005", г. Нижний Новгород.; в центре "Промышленная безопасность" при ННГАСУ.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 6 публикациях, из них 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы (122 наименования) и 8 приложений. Работа изложена на 191 странице машинописного текста, включая 62 рисунка, 15 таблиц, 18 страниц приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследований по поддержанию технологических температурно-влажностных параметров в теплицах для выращивания овощей в теплый период года.

В первой главе на основе проведенного обзора отечественной и зарубежной литературы и патентных материалов дана классификация способов снятия перегрева в теплицах в теплый период года: предупреждение перегрева;

устранение перегрева; комбинированное снятие перегрева. Проанализированы

энергетические и технико-экономические характеристики, области применения,

преимущества и недостатки каждого из них.

В результате предложена комплексная система снятия перегрева, которая заключается в ступенчатом включении отдельных ее элементов в период увеличения интенсивности солнечной радиации по периодам года и в течение светового дня. Эксплуатационный и экономический эффекты представленной системы заключаются в использовании в продолжении длительного периода пассивных конструктивных систем кондиционирования микроклимата (фрамуги, технологические проемы, аэрационные шахты) и кратковременно включаемых активных элементов систем кондиционирования микроклимата (механической вентиляции, СВАО).

В нашей стране исследованиями процессов формирования температурного режима теплиц в теплый период года занимались М.А. Абазалиева, В.М. Гарбуз, А.Г. Егиазаров, В.В. Есин, Д.А. Куртенер, Г.М. Позин, А.П. Похвалитый и другие. Из зарубежных авторов отметим работы Д.А. Бузингера, Д. Клапвайка, Е. Такакуры, Д. Уолтера и ряда других. Однако вопросы снятия перегрева в теплицах в теплый период года исследованы недостаточно полно. Следствием является наличие противоречивых практических рекомендаций, затрудняющих выявление перспективных путей развития систем кондиционирования микроклимата в теплицах в теплый период года. Для преодоления отмеченных недостатков реализован подход к решению проблемы, сформулированный в перечисленных задачах настоящего исследования.

Во второй главе получена уточненная система балансовых уравнений по теплоте и массе для каждого элемента. Она состоит из комплекса уравнений, описывающих динамику параметров микроклимата теплицы (температур воздуха, почвы, растений, влагосодержания воздуха), уравнений балансов теплоты и балансов воздуха и влаги в теплицах.

На рисунках 1…6 приведены схемы тепловых потоков, и уравнения общих тепловых балансов по полной теплоте для объема внутреннего воздуха теплицы при шести характерных режимах работы комплексной системы обеспечения параметров микроклимата. Условные обозначения к рис.1-6: Q_{с. р} - теплота солнечной радиации, проникающей в теплицу; Q_{тп. о} - теплопотери теплицы через ограждения; Q_{тп. п} - теплопотери через почву; Q_инф - теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха; Q_фр - теплопотери за счет уноса теплоты воздухом, уходящим через фрамуги; Q_ш - теплопотери за счет уноса теплоты воздухом через аэрационную вытяжную шахту; Q_вент - теплопотери теплицы за счет механической вентиляции; Q_тех - теплопотери на нагрев поступающего через технологический проем приточного воздуха; Q_r - количество теплоты, необходимой для испарения водяного аэрозоля при работе СВАО.

Анализу воздушного режима теплиц в теплый период года посвящена глава 3. При интенсивном поступлении солнечной радиации и превышении температуры внутреннего воздуха над допустимой из-за тепличного эффекта

задачей организации воздухообмена является снятие перегрева внутреннего воздуха над допустимой. Приток наружного воздуха необходим также для обеспечение подвижности воздуха в пределах от 0,5 до 1,0 м/с.

Рис.1. Схема тепловых потоков и уравнения полной теплоты в теплице в теплый период года при режиме организованного проветривания (режим I)

Рис. 2. Схема тепловых потоков и уравнений полной теплоты в теплице в теплый период года при режиме совместной работы систем организованного проветривания и активной аэрации (режим II)

Рис. 3. Схема тепловых потоков и уравнений полной теплоты в теплице в теплый период года при режиме совместной работы систем организованного проветривания и активной аэрации (режим III)

Рис. 4. Схема тепловых потоков и уравнений полной теплоты в теплицах в теплый период года при режиме механической вентиляции с проветриванием (режим IV)

Условные обозначения к рисункам: - поток теплоты от солнечной радиации в теплицу, Вт; - кратность воздухообмена в теплице, ч^-1; - внутренний объем воздуха, м³; - плотность воздуха, кг/м³; - удельная теплоемкость воздуха, Вт. ч/ (кг^оС); -теплопотери через наружные ограждения теплицы, Вт; - сопротивление теплопередачи наружного ограждения теплицы, м^{2 о}С/Вт; - площадь наружных ограждений теплицы, м²;

- теплопотери в почву, Вт; - сопротивление теплопередачи почвы, м^{2 о}С/Вт; - площадь почвы в теплице, м²; - расход теплоты на нагрев воздуха, поступающего в теплицу через открытые фрамуги и инфильтрующегося через наружное ограждения, Вт; - расход теплоты на испарении влаги в теплицы в теплый период года, Вт; - скрытая теплота парообразования, Вт^. ч/кг; - расход теплоты на нагрев воздуха, поступающего через технологический проем и фрамуги, и удаляемого через аэрационную шахту; - расход теплоты на нагрев воздуха, поступающего через технологический проем и фрамуги, и удаляемого через аэрационную шахту вытяжным вентилятором и инфильтрацией, Вт; - количество теплоты, необходимой для испарения водяного аэрозоля при работе СВАО, Вт; - расход подаваемой воды системой СВАО в теплицу, кг/ч.

Рис. 5. Схема тепловых потоков и уравнение полной теплоты в теплице в теплый период года при режиме работы СВАО при совместном проветривании и активной аэрации (режим V).

Рис. 6. Схема тепловых потоков и уравнения полной теплоты в теплице в теплый период года при режиме работы СВАО с проветриванием и механической вентиляцией (режим VI)

Нами предлагается способ решения этих задач путем устройства организованного проветривания, активной шахтной вентиляции и вытяжной механической вентиляции наружным воздухом без его предварительной обработки.

Аналитически с достаточной для инженерных расчетов точностью определить кратность воздухообменов в теплицах в теплый период года не представляется возможным. Поэтому в лаборатории кафедры отопления и вентиляции ННГАСУ были проведены аэродинамические испытания геометрически подобных им моделей в аэродинамической трубе замкнутого типа с открытой рабочей частью. Испытываемые модели (рис.7), выполненные из фанеры в масштабах 1: 200 (блочная) и 1: 50 (трехзвенная), были дренированы медными трубками с d_в = 2,0 мм. Места расположения замерных трубок и направлений воздушных потоков (для блочной теплицы А, Б, В, для трехзвенной теплицы А, Б, В, Г, Д) приведены на рис.8.

Измерения статического давления р_сi на поверхности моделей теплиц проводились микроманометром ММН-240 (5) - 1, для чего каждая медная трубка соединялась с ним резиновым шлангом. Скорость воздушного потока в устье аэродинамической трубы составляла v_в = 9,0 м/с, чему соответствует динамическое давление р_д = 49,2 Па. Искомые аэродинамические коэффициенты определялись по зависимости .

На рис.8 приведен один из результатов нахождения значений коэффициентов c_vi для модели блочной теплицы в сечениях 1, 2, 3, 4 при направлении продувки А. Положительные значения коэффициентов отложены вне контура, отрицательные - в контуре модели.

а) б)

Рис. 7. Испытанные модели теплиц: а - блочной; б - трехзвенной

а) б)

Рис. 8. Места расположения точек замеров и направлений обдува моделей теплиц: а - блочной; б - трехзвенной

Фрагмент значений аэродинамических коэффициентов c_vi модели блочной теплицы при торцевом направлении ветра (рис. 8, а) показан на рис. 9.

Рис. 9. Аэродинамические коэффициенты c_vi при продувке модели блочной теплицы: а - наветренная сторона (точки замеров 32…36), заветренная сторона (точки 26…22); б - по длине теплицы (точки 31…27 и 21…17).

Площадь сечения вытяжного проема (F, м²), при известном воздухообмене (G, кг/ч), или величина G при известной площади F определяются по формуле (размерность в кг/м²):

(1)

Значения коэффициента расхода воздуха через проем лежат в пределах µ = 0,6…0,7. Большее значение соответствует прямоугольным удлиненным отверстиям небольшой высоты.

Анализ результатов расчетов воздухообменов при совместном воздействии гравитационного (ГД) и ветрового давлений (ВД) показал: при воздухообмене под действием гравитационных сил при безветрии (v_в ?0,5 м/с) в каждом звене теплицы формируются самостоятельные области циркуляции внутреннего воздуха, приточный наружный воздух поступает в теплицу через нижнюю часть аэрационного проема, а внутренний с высокой температурой и влажностью удаляется через верхнюю часть. Этот процесс происходит в верхней подкровельной 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 v_в = 2,5…3,0 м/с) и в 1,5…1,6 раза (при v_в ? 5,0 м/с) по сравнению с воздухообменом при безветрии.

На рис.10 приведены расчетные кратности воздухообменов в блочной теплице по т.п.810-99 в результате аэрации под действием гравитационных сил и ветра в зависимости от угла открытия фрамуг (в = 10…25°).

Для активизации аэрации в работе исследован и разработан способ увеличения естественного воздухообмена путем устройства аэрационных вытяжных шахт, пристроенных в торце теплиц (рис. 11). Результаты расчетов кратностей воздухообменов через технологические проемы (ворота в торцах теплиц) и вытяжные шахты под действием ГД и ВД при различных площадях поперечного сечения аэрационных шахт f_ш даны на рис. 12.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.10. Кратность воздухообмена под действием и при v_в:

ЇЇ - 0 м/с; - ----- - 2,5…3,0 м/с; ········ - 5 м/с

Рис.11. Аэрационная вытяжная шахта: 1 - ограждение теплицы; 2 - аэрационные фрамуги; 3 - конек теплицы; 4 - лоток; 5 - дверной проем теплицы (на рисунке не показан); 6 - аэрационная шахта; 7 - осевой вентилятор; 8 - регулирующая штора, свернутая в рулон; 9 - направляющая плоскость; 10 - устройство для движения штор

Кратность воздухообмена в однозвенной аэрационной теплице, например, при t_н = 25°С и f_ш1 = 1,5 м² под действием только теплоизбытков (ГД) составила 16,2 ч^-1, а при действии теплоизбытков и ветра (ГД+ВД) - 23 ч^-1. Для случая безветрия, когда недостаточна интенсивность воздухообмена, предусмотрена установка осевого вентилятора в вытяжной шахте. При включении вентилятора приточное отверстие вытяжной шахты, предназначенное для функционирования естественной вентиляции, закрывается шторкой.

Рис.12. Кратность воздухообмена в теплице с вытяжной шахтой: а - f_ш1 = 1,5 м²; б - f_ш2 = 3,0 м²; в - f_ш3 = 6,0 м²; 1…4 для ГД; 5…8 для ГД+ВД; кривые 1 и 5 - при t_н = 15С; 2 и 6 - при t_н = 25С; 3 и 7 - при t_н = 35С; 4 и 8 - при t_н = 45С

В главе 4 с теплофизической точки зрения обоснована и разработана СВАО, получены методики инженерного расчета ее отдельных элементов и режимов эксплуатации. С помощью СВАО решаются следующие задачи: поглощение тепловой части спектра солнечной радиации; охлаждение и увлажнение воздуха; полив и увлажнение растений и почвы.

Динамика изменения состояния воздуха в теплице с растениями показана на I-d-диаграмме влажного воздуха (рис.13). Точка Н характеризует состояние наружного воздуха с параметрами t_н, _н, d_н, I_н. Наружный воздух достигает расчетный температуры в теплицы в утренние часы. Точка В_о с параметрами t_во, _во, d_во и I_во показывает состояние воздуха в теплице с растениями в фазе развитой биомассы при отсутствии воздухообмена (полностью закрытые фрамуги).

Параметры точки В, указывающие термодинамическое состояние смеси наружного и внутреннего воздуха, лежат на линии НВ_о, являющейся геометрическим положением точек состояния воздуха в теплицах. Положение точек В на линии НВ_о не постоянно в течение светлого периода суток и зависит от конкретного времени, интенсивности (кратность n) воздухообмена в теплице при подачи необработанного атмосферного воздуха, способности биомассы регулировать параметры микроклимата транспирацией влаги. Трапециями показаны области саморегулирования микроклимата в результате деятельности растений: вблизи точки В_о при отсутствии воздухообмена, вблизи точки В при наличии естественного воздухообмена, вблизи точки Н в утренние часы перед открытием фрамуг для проветривания. Таким образом, область, ограниченная.

Рис. 13. Область саморегулирования микроклимата в теплицах растениями при охлаждении необработанным атмосферным воздухом: 1 - область технологических температур воздуха в теплицах; 2 - область максимальных температур при отсутствии воздухообмена; 3 - область возможных параметров воздуха при вентилировании наружным воздухом точками воздухообмена Н`, B`, B_o`, B<sub>o</sub>``, B``, H``, H```, H`, характеризует границы области температурно-влажностного состояния воздуха в теплице, в пределах которой условия комфортности для растений поддерживаются за счет воздухообмена необработанным атмосферным воздухом и саморегулированием самих растений.

После исчерпания охладительного эффекта наружного воздуха для поддержания технологических параметров микроклимата возникает необходимость в искусственном охлаждении воздуха. Такой период времени обычно происходит в течение светового дня, когда суммарная солнечная радиация 450 Вт/м² и более.

На рис. 14 показаны разработанные нами процессы изменения состояния приточного воздуха в теплице с рассадой при работе СВАО.

Рис. 14. Построение процессов состояния воздуха в теплице с биомассой растений при работе СВАО в зависимости от воздухообмена (1 - область технологических температур воздуха в теплице)

Построение процессов обработки воздуха следующее. Местоположение исходной точки состояния воздуха в теплице В, расположенной на линии НВ_о (рис. 13), зависит от кратности воздухообмена n, ч^-1. Кратность воздухообмена изменяется от 5…10 при естественных факторах воздухообмена, до 25…30 при механической вентиляции. Поэтому месторасположение точки В, исходя из правил построения процессов на I-d-диаграмме влажного воздуха, будет стремится на линии НВ_о к точке Н в соотношении 1: (n-1).

При включении СВАО происходит адиабатное охлаждение воздуха в объеме теплицы по I_В= const до _в = 95…97 % (на рис.14 процесс условно показан до _в =100%) от t_в до температуры мокрого термометра, соответствующей параметрами точки В (t_мт=t_a). Одновременно воздух в теплице увеличивает влагосодержание от d_в до d_а, его относительная влажность _в >100%. В климатических условиях средней полосы России эффект охлаждения СВАО достигает (t_{в -} t_a) достигает 8…12^оС, чего обычно достаточно для создания и поддержания в теплицах в дневной период при расчетной мощности солнечной радиации технологических параметров микроклимата.

Если в результате проникающей радиации количество теплоты, поступающей в теплицу, превышает ее поглощение водным аэрозолем, то процесс охлаждения воздуха в теплице прекращается в точке б при температуре t_б, относительной влажности _б и влагосодержании воздуха d_б. Диапазон технологических температур воздуха может соответствовать температуре t_б, но может лежать и ниже. Конкретное положение точки б определяется конечного приращения влагосодержание орошаемого водой воздуха в теплице (рис.14):

(2)

где V_{Т -} объем теплицы, м³.

При дальнейшем действии форсунок состояние воздушной среды в теплице будет изменяться от точки б до точки а по линии I_В= const и определяется количеством влаги G_ВЛ, подаваемой для охлаждения воздуха.

Понижение интенсивности солнечной радиации во второй половине дня сопровождается снижением температуры внутреннего воздуха. СВАО отключается, режим работы комплексной системы обеспечения микроклимата переходит из VI в III: открыты форточные фрамуги, технологический проем, работает вытяжной вентилятор, встроенный в шахту. Параметры внутреннего воздуха приходят в первоначальное состояние (в точке В до включения системы адиабатного охлаждения) по лучу I_В=const, относительная влажность и влагосодержание воздуха снижаются, температура увеличивается. Неизбежен именно такой процесс, т.к. теплоемкость оборудования в теплицах незначительна, а растения саморегулируют параметры воздуха вокруг себя в процессе приспособительных реакций при транспирации влаги. Нами рассмотрен процесс снятия пика интенсивности солнечной радиации в дневной период с помощью СВАО.

Проведенные эксперименты по гидравлическим испытаниям элементов СВАО позволили выявить: линейную равномерность распределения расхода распыливаемой воды через принятые тангенциальные (угловые) форсунки из капрона с d_ф =3,5 мм; зависимость расхода распыливаемой форсункой воды G, кг/ч, от давления в трубопроводе р, кПа:

(3)

средний радиус распыливания форсунки r 1,0 м; угол распыливания воды _расп = 50…55. На основании экспериментов для СВАО теплиц рекомендованы постоянный диаметр трубопровода d = 20 мм, d_ф = 3,5 мм, шаг между форсунками S_ф = 2,0 м, давление в напорном водопроводе 0,3…0,6 МПа.

На рис.15 и 16 представлены результаты натурных испытаний изменения температуры воздуха в теплицы в период плодоношения.

В качестве показателя, позволяющего оценить эффективность снятия перегрева в теплице в теплый период года в течение суток системами с естественными и искусственными источниками холода, принят коэффициент обеспеченности систем охлаждения , величина которого показывает долю общего числа часов в течение суток, не допускающий превышения температуры внутреннего воздуха в теплице относительно расчетной технологической:

(4)

где N = 24 часа; n - число часов превышения температуры воздуха в теплице в течение суток.

Результаты определения значений коэффициентов обеспеченности систем охлаждения в течение суток и количественные показатели снижения температуры в каждый из режимов работы комплексной системы снятия перегрева показаны в табл.1.

Рис.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.16. 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 (режим VI)

Таблица 1. Значения и

Значения	Режим работы
	I	II	III	V	VI
,oC	6…7	10…11	14…15	22…23	до 25
	0,567	0,60	0,63	0,833	1,0

Коэффициент обеспеченности температурного режима в теплице в годовом цикле ; необходимо определять для периода плодоношения томатов и огурцов, который длится с 1 апреля по 1 августа. Значения находится по формуле

. (5)

Количество дней плодоношения для средней полосы России составляет суток. Длительность периода поддержания в теплицах в апреле - июле максимально допустимой температуры внутреннего воздуха (^оС) n^год, суток, в зависимости от режимов работы систем поддержания параметров технологического микроклимата находятся по рис.17. Графические зависимости, изображенные на рис.17, получены нами после обработки экспериментальных данных замеров температурного режима в теплице ЗАО агрофирма "Косино" Московской области. Показана эффективность работы отдельных систем в условиях конкретного культурооборота в течение годового цикла выращивания овощей.

Рис. 17. Изменение температуры воздуха в теплице в период плодоношения: 1 - без работы систем снятия перегрева; 2 - при работе систем организованного проветривания (режим I); 3 - при совместной работе систем организованного проветривания и активной аэрации (режим II); 4 - при совместной работе систем организованного проветривания и механической вентиляции (режим III); 5 - при совместной работе систем организованного проветривания, активной аэрации и СВАО (режим V); 6 - при совместной работе систем организованного проветривания, активной шахтной аэрации, механической вентиляции и СВАО (режим VI)

Результаты расчетов коэффициентов обеспеченности температурного режима в годовом цикле эксплуатации теплиц для периода плодоношения сведены в табл.2.

Таблица 2. Значения для периода плодоношения

Значения	Режим работы систем
	I	II	III	V	VI
, суток	120	120	120	120	120
, суток	0	0	6	60	120
	0	0	0,05	0,25	1,0

Разработаны рекомендации по проектированию и эксплуатации КСОМ в теплицах в теплый период года, включающие: общие положения назначение, и выбор КСОМ; агробиологические режимы; конструкции КСОМ; аэродинамический расчет систем, воздухообменов при различных режимах; гидравлический и теплотехнический расчеты систем водоаэрозольного охлаждения.

Исследование термодинамических процессов в теплицах при эксплуатации разработанных КСОМ в теплый период года показало, что температура внутреннего воздуха в период максимального теплопоступлений от солнечной радиации снижается на 23…25^оС.

Этот эффект достигается за счет адиабатного охлаждения разбрызгивания воды в объеме теплиц СВАО, поэтому для поддержания необходимых технологических и температурных параметров в теплицах в теплый период года не требуется использования искусственных источников холода.

Выводы по диссертации

1. На основании уточненной системы уравнений тепломассопереноса в теплицах и их элементах в теплый период года с учетом изменения интенсивности солнечной радиации в течение светового дня и годового цикла разработана методика расчета эффективности работы КСОМ по шести характерным режимам.

2. Разработанная комплексная система поддержания расчетных параметров микроклимата в объеме сооружений путем последовательного подключения составляющих этой системы средств и способов ступенчатого снятия перегрева от солнечной радиации в течение суток и теплого периода года позволяет максимально использовать естественные и минимально использовать искусственные источники энергии.

3. Впервые экспериментально получены аэродинамические коэффициенты блочных теплиц, позволяющие рассчитывать и прогнозировать интенсивность воздухообмена при естественной вентиляции для снятия перегрева в теплый период года.

4. Разработаны, обоснованы и показаны на I-d-диаграмме влажного воздуха термодинамические процессы изменения параметров воздуха в объеме теплиц при работе комплексных систем снятия перегрева, включая СВАО, в зависимости от интенсивности воздухообмена в теплицах.

5. Получены количественные значения коэффициентов обеспеченности температурных параметров воздуха в теплицах в теплый период года для климатических условий средней полосы России: в течении суток; в годовом цикле. Обеспеченность температурными параметрами (t_в?28^оС) достигается только при совместной работе систем вентиляции и СВАО.

6. Разработана конструкция комплексной СВАО воздуха в теплицах в теплый период года. В работе приведены инженерные методики расчета системы в целом и ее отдельных элементов.

7. Внедрение разработанной КСОМ увеличивает сбор урожая в типовой зимней теплице на 36% (ЗАО агрофирма "Косино" Московская обл.) за счет обеспечения необходимой интенсивности фотосинтеза, что составило чистую прибыль 102,3 руб/м² площади теплицы. Период плодоношения увеличился на 2,0-2,5 месяца. Срок окупаемости внедрения комплексной системы снятия перегрева составляет один культурооборот.

Публикации по теме диссертации

1. Кайтмазов, Т.В. Обеспечение параметров микроклимата в каркасных строительных конструкциях [Текст] / Т.В. Кайтмазов // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2006. - № 11. - С.14.

2. Кайтмазов, Т.В. Системный подход к оптимизации теплового режима сельскохозяйственных зданий [Текст] / Т.В. Кайтмазов, В.И. Бодров, Е.Г. Ионычев // Тезисы докл. Междунар. конгресса "Великие реки - 2004", г.Н. Новгород. - 2004. - С.614-615.

3. Кайтмазов, Т.В. Разработка и обоснование энергосберегающих систем кондиционирования микроклимата современных сельскохозяйственных зданий [Текст] / Т.В. Кайтмазов, В.И. Бодров, Е.Г. Ионычев // Тезисы докл. Междунар. конгресса "Великие реки - 2005". Том 2. - С. 204-205.

4. Кайтмазов, Т.В. Область саморегулирования параметров микроклимата в теплицах в теплый период года [Текст] / Т.В. Кайтмазов // Тезисы докл. Междунар. конгресса "Великие реки - 2005". Том 2. - С.217-218.

5. Кайтмазов, Т.В., Бодров, В.И. Расчет экономического эффекта от внедрения комплексной системы снятия перегрева в теплицах в теплый период года [Текст] / Т.В. Кайтмазов, В.И. Бодров // Промышленная безопасность - 2007. Сборник статей. Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. - 2007. - С. 20-22.

6. Кайтмазов, Т.В. Гидравлический режим систем водоаэрозольного охлаждения теплиц в теплый период года [Текст] / Т.В. Кайтмазов // Промышленная безопасность - 2007. Сборник статей. Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. - 2007. - С.91-93.

7. * Примечание: [1] опубликована в научном журнале, рекомендованном ВАК.

Размещено на Allbest.ru