CC BY
112
ГЛАВНАЯ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ НОВОСТИ КОНТАКТЫ
V экон
экономика
УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ И АВТОРЫ!
Электронный научный журнал «Аэкономика: экономика и сельское хозяйство» (ISSN: 2500-0861) включен в РИНЦ, ЦНСХБ, КиберЛенинку. Данные выгружаются в БД: Google Scholar, OCLC WorldCat, EBSCO, ROAR, BASE, OpenAIRE, RePEc. Ежемесячная аудитория: более 10 000 уникальных пользователей. Приглашаем авторов к бесплатной публикации научных статей.
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ И КЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ
научный журнал
Главная страница журнала
Power efficiency of power resources and climatic division into districts of solar hothouses
Экономические науки
Сельскохозяйственные науки
О журнале
Редакция
УДК 551.5:631.436
27.09.2017
Выходные сведения:
Пенджиев А.М. Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2017. №9 (21). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/energoeffektivnost-energeticheskikh/
Авторы:
Общая лента
Выпуски
Опубликовать статью. Авторам
новости
h I
Экономика
Сельское хозяйство
Это интересно
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Пенджиев Ахмет Мырадолвич д.с.-х.н., доцент кафедры автоматизация производственных процессов, Туркменского государственного архитектурно-строительного института, Туркменистан, Ашхабад, e-mail: ampenjiev@rambler.ru
Authors:
Ahmet M . Penjiyev the doctor of agricultural sciences, the senior lecturer Turkmen state architecturally-building institute, Ashgabat, Turkmenistan, e-mail: ampenjiev@rambler.ru ^
Ключевые слова:
возобновляемая энергетика, технико-экономические показатели, районирования солнечных теплиц, номограмма, геоинформационная карта, энергоэффективность, Туркменистан
Keyword:
renewed power, technical and economic indicators, divisions into districts of solar hothouses, namogramms, a geoinformation card, power efficiency, Turkmenistan
Аннотация:
Предмет исследования. В статье рассмотрены научно обоснованы теплотехнические исследования характеристик защищенного грунта и технико-экономическая энергоэффективность районирования солнечных тепличных хозяйств для выращивания различных сельскохозяйственных культур в условиях Туркменистана.
Целю исследования является составить математическую модель прогноза микроклимата солнечной теплицы траншейного типа и решить ее. На основе решеной математической модели с использованием геоинформационной системы разработать, составить климатическую карту районирования и построить номограмму определения микроклимата солнечной теплицы в Туркменистане.
Методология. С учетом природно-климатологических условии составлена математическая модель теплотехнических расчетов, на оснований геоинформационых систем разработана: карта районирования; номограмма прогноза микроклимата солнечной теплицы для проектирования теплиц; подбора мощности дополнительного обогрева зимой, охлаждения летом от перегрева, с целью экономии энергоресурсов в регионах Туркменистана.
Коммерческая недвижимость
Сайт объявлений о продаже и аренде коммерческой недвижимости в Нижнем Новгороде
О
Результаты. На основе решеной математической модели, использованием геоинформационной системы разработана и составлена климатическая карта районирования и номограмма прогноза температурного режима в зависимости от проникающей солнечной радиации в теплицу в регионах Туркменистана. Предложены вопросы удешевления тепличного продукта, теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство дополнительного отопительных и охлаждающих оборудовании с целью экономии энергоресурсов.
Заключение. С помощью технико-экономических показателей и обеспечения энергоэффективности солнечных теплиц, составленная климатическая карта районирования. Разработанные номограммы подтверждают возможность прогнозирования, районирования и проектирования солнечных теплиц, в той или иной области для дополнительного подбора обогрева зимой, охлаждения от перегрева летом с целью экономии энергоресурсов. Полученные результаты, дадут возможность обеспечит устойчивого развития регионы страны и интродукцию возделывания, перспективы выращивания сельскохозяйственных культур в аридных районах Туркменистана с использованием возобновляемых источников энергии. Вопросы удешевления тепличного продукта, теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство котельных, можно решить: путем повышения термического сопротивления ограждающих конструкций при сохранении высоких оптических свойств в биологически активной области спектра; снижение воздухопроницаемость ограждения, приведет к сокращению расхода тепла на обогрев инфильтрирующегося в теплицу воздуха; уменьшение объема культивационного сооружения и сокращение площади ограждающих его конструкций; рациональное распределение источников тепла в воздушном пространстве культивационного сооружения; при комбинированном использовании возобновляемых источников энергии (создание условий для максимальной аккумуляции солнечной энергии, тепло грунта) с промышленными тепловыми отходами.
Annotation:
Subject. In article are considered are scientifically proved warmly technical researches of characteristics of the protected ground and technical and economic power efficiency of division into districts of solar hothouse economy for cultivation of various agricultural crops in the conditions of Turkmenistan.
Objectives researches is to make a mathematical forecasting model of a microclimate of a solar hothouse trench (траншейного) type and to solve it. On a basis решеной mathematical model with use of geoinformation system to develop, make a climatic card of division into districts and will construct номограмму definitions of a microclimate of a solar hothouse in Turkmenistan.
Methods.With the account prirodno-klimatologicheskih a condition the mathematical modelwarmly technical calculations is made, on the bases geoinformation systems is developed: a division into districts card; namogramms the forecast of a microclimate of a solar hothouse for designing of hothouses; selection of capacity of additional heating in the winter, coolings in the summer from an overheat, for the purpose of economy of power resources in regions of Turkmenistan.
Results. On a basis solved mathematical model, use of geoinformation system develops and makes a climatic card of division into districts and номограмма the forecast of a temperature mode depending on getting solar radiation in a hothouse in regions of Turkmenistan. Questions of reduction in price of a hothouse product, central heating and reduction of capital investments in building additional heating and cooling the equipment for the purpose of economy of power resources are offered.
Conclusions.By means of technical and economic indicators and maintenance of power efficiency of the solar hothouses, the made climatic card of division into districts. Developed namogramms confirm possibility of forecasting, division into districts and designing of solar hothouses, in this or that area for additional selection of heating in the winter, coolings from an overheat in the summer for the purpose of economy of power resources. The received results, will give the chance will provide a sustainable development regions of the country and introductions cultivation, prospect of cultivation of agricultural crops in arid areas of Turkmenistan with use of renewed energy sources. In building of boiler-houses, it is possible to solve questions of reduction in price of a hothouse product, central heating and reduction of capital investments: by increase of thermal resistance of protecting designs at preservation of high optical properties in biologically active area of a spectrum; Decrease air permeability of a protection, will lead to reduction of the expense of heat on heating infiltration (инфильтрирующегося) in air hothouse; volume reduction cultivation constructions and reduction of the area of designs protecting it; rational distribution of sources of heat in air space cultivation constructions; at combined use of renewed energy sources (creation of conditions for the maximum accumulation of solar energy, warmly a ground) with an industrial thermal waste.
http://aeconomy.ru/science/agro/energoeffektivnost-energeticheskikh/
Введение
Актуальность проблемы. Наращивание объемов производства разнообразной сельскохозяйственной продукции, развития агропромышленного комплекса, рациональное использование земли и воды, селекционная работа, выведение новых сортов сельскохозяйственных культур, научные основы повышения их урожайности, повсеместная организация тепличных хозяйств все это обеспечит в стране продовольственного изобилия. Это является стратегическим ориентиром и важнейшим приоритетом проводимым Президентом Туркменистана Гурбангулы Бердымухамедовым политику продовольственной программы [1].
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Продовольственной программе страны предусматривается значительное увеличение производства продуктов овощеводства. Для нормального обеспечения овощами населения по расчетам специалистов необходимо не менее 2 м площади на человека. Важную роль при решении Продовольственной программы играют разработка и создание сооружений, обеспечивающих производство овощей при минимальных затратах.
В настоящее время выращивания овощных культур в тепличных хозяйствах, является энергоемким производством. Овощная продукция выращенная в защищенном грунте, обходится дорого из-за высокой стоимости культивационных сооружений и отопительных систем, например на производство 1 кг овощей в теплицах затрачивается 10-13 кг у.т. и удельный вес расхода на отопление составляет от 40 до 60%, оплата рабочей силы обходится от 15 до 25%, амортизационные отчисления от 10 до 15% [2-9].
Поэтому при проектировании и районирования теплично - парникового хозяйства первостепенное внимание следует уделять выбору наиболее рациональных источников технического обогрева, обосновывая его технико - экономическими расчетами. Вопросы удешевления теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство котельных, можно решить, комбинируя возобновляемые источники энергии (солнце, термальных вод) с промышленными тепловыми отходами.
В последние годы все чаще поднимается вопрос о программировании урожая. В задачу входят, разработка комплекса взаимосвязанных мер своевременное и высококачественное осуществление инновационных технологии, которых позволит обеспечить достижение заранее рассчитанного уровня урожая высокого качества.
К числу таких мер можно отнести:
1. создание путем мелиорации и агротехники таких условий среды, которые лучше бы соответствовали потребностям культивируемых растений;
2. оптимальное природно-климатическое районирование выбранных сортов в соответствии с агроклиматом и созданным микроклиматом;
3. использование сортов, наиболее соответствующих условиям окружающей среды в данном регионе.
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Указанным мероприятиям должны предшествовать:
- агроклиматическая оценка потенциальных возможностей формирования урожая в отдельных регионах;
- выяснение и обоснование необходимости перечисленных мероприятий;
- прогноз их эффективности (оценка прироста урожая по отдельным культурам). Цели и задачи исследования
вставить математическую модель прогноза технико-экономической энергоэффективность для создания микроклимата солнечной теплицы траншейного типа. На основе решенной математической модели с использованием геоинформационной системы составить климатическую карту районирования и разработать номограмму оптимального микроклимата солнечной теплицы в Туркменистане.
Для достижения этих целей решались следующие задачи:
- исследованы природно - климатические условия с целью определения возможности круглогодично выращивания различные сельскохозяйственные культуры в климатической зоне Туркменистана;
- изучить агрометеорологические факторы, влияющие на микроклимат солнечной теплицы по регионам страны;
-составить математическую модель теплотехнических параметров микроклимата солнечной теплицы траншейного типа с учетом климатических условии регионов Туркменистана и на их основе составить районированную климатическую карту и построить номограмма для прогноза температурного режима солнечной теплицы траншейного типа для северного, восточного, центрального, юго - западного регионов страны
- рассчитать технико-экономическую энергоэффективность предпосылки использования традиционных источников топлива для обогрева теплиц зимой и охлаждения от перегрева теплицы летом по регионам Туркменистана и провести их сравнительный анализ.
Научная новизна работы заключается в составленной математической модели теплотехнических параметров микроклимата солнечной теплицы траншейного типа с учетом агроклиматических условии регионов Туркменистана и на их основе разработана, составлена климатическая карта районирования и построена номограмма для прогноза температурного режима теплицы траншейного типа для северного, восточного, центрального, юго - западного регионов страны.
1. Основные источники энергии защищенного грунта
Методология исследования. Энергетической базой защищенного грунта могут служить любые источники энергии (рис.1). До недавнего времени ими в основном были природные органические топлива: уголь, нефть, газ. В настоящее время большое внимание уделяется возобновляемым источникам энергии (солнца. геотермальным источникам энергии).
Теплоэнергетические ресурсы защищенною грунта
Рис. 1. Энергетические ресурсы защищенного грунта.
Краткий обзор. Например, в Германии в конце 70 годов: 73 % суммарной площади теплиц обогревалось легким жидким топливом, 18 % —тяжелым, 7 % —твердым топливом и 2 % — природным газом [2]. В Нидерландах топливный баланс иной и 80 % защищенного грунта обогревалось природным газом [4].
Однако по мере истощения мировых запасов органического топлива, все большее внимание уделяется возможностям использования вторичных теплоэнергоресурсов (ВТЭР), т. е. тепла, которое является побочным продуктом различных технологических процессов. К таким процессам относится обжиг клинкера при производстве цемента, тушение кокса, охлаждение доменных печей, перегонка нефти, охлаждение конденсаторных установок тепловых и атомных электростанций и т. д.
Перспективными источниками ВТЭР являются тепловые отходы тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС). Дело в том, что коэффициент полезного действия современных турбоагрегатов не превышает 40%. Следовательно, 60% топлива, затрачиваемого на производство электроэнергии, полезно не используется. В работе [4] указывается, что суммарный сброс тепла всеми ТЭС в Советском Союзе составляло свыше 4,19-109 ГДж/год. В 90 годы тепловые отходы ТЭС и АЭС в Европейской части и СНГ составила 1010 ГДж/год, что эквивалентно сжиганию 0,4-10 т условного топлива в год. Тепловые отходы ТЭС в США оцениваются в 56,3х106 т условного топлива: во Франции—13,96-106 т, в Англии — 5,12-10б т, в Бельгии —3,23-106 т [5].
Следует отметить, что термический потенциал таких энергоресурсов, как правило, весьма низкий. Например, температура воды, сбрасываемой после охлаждения конденсаторных установок тепловых и атомных станций, равна (в среднем) зимой 12—15°С, летом 15—25 °С [3,6].
Другим мощным источником ВТЭР являются тепловые отходы газокомпрессорных станций. Продукты сгорания имеют температуру около 250—300°С, что позволяет получать теплоноситель в виде горячей воды с температурой 90—130°С.
Большое внимание в настоящее время уделяется возможностям использования глубинного тепла Земли. СНГ обладает весьма большими запасами геотермальных вод (ГТВ). Наиболее перспективными районами, является Кавказ, южная часть Средней Азии, Западная Сибирь и Камчатка. Температура ГТВ определяется районом расположения источника (скважины) и варьирует от 35 до 90 °С.
Накоплен положительный опыт по использованию ГТВ в защищенном грунте. В частности, на Камчатке на Паратунском месторождении ГТВ (температура 80—90°С) построен тепличный комбинат [4]. В пригороде г. Махачкала (Тернаир) подземная вода с температурой 63 °С
используется для обогрева парников и теплиц. Теплично-парниковые хозяйства, обогреваемые термальной водой, построены в городах Циами и Охурей [2-5].
Аналогичные исследования проводятся и за рубежом. Во Франции [2-5] для обогрева теплиц используется термальная вода с температурой 69 °С, получаемая из скважины глубиной 1800 м. Дебит скважины 2000 м3/ч. В работе [4] указывается, что такой источник тепла позволяет обогреть 10 га зимних теплиц. В Венгрии в 1974 г. термальными водами обогревалось 50 га теплиц и 100 га теплофицированного грунта [5]. Запасы ГТВ в Чехословакии оцениваются в (3, 5... 4) 106 кВт [2-5].
Другая возможность использования глубинного тепла Земли заключается в вентиляции глубоких шахт. Например, в работе [2-6] указывается, что в США имеется около 200 тыс. не эксплуатируемых шахт и других подземных выработок, температура воздуха в которых равна 10—18 °С. Эксперименты по обогреву теплиц от такого источника тепла дали положительные результаты [2-9].
При использовании традиционных источников энергии происходит интенсивное загрязнение окружающей среды. В меньшей степени это явление наблюдается при утилизации ВТЭР и глубинноготепла Земли. Поэтому, наряду с изысканием и освоением новых месторождений природного топлива и интенсификацией использования вторичных энергоресурсов и геотермальных вод, большой практический интерес представляют поиски и освоение так называемых «чистых» источников энергии, т. е. таких источников, использование которых не приводит к загрязнению окружающей среды.
К «чистым» источникам энергии можно отнести климатические ресурсы и, прежде всего, солнечную радиацию. Известно, что на поверхность Земли поступает около 7,5 1017 кВтч солнечной энергии в год. Примерно половина ее расходуется на испарение, около 1 % аккумулируется растениями. Таким образом, количество энергии, которое в принципе может быть полезно использовано, составляет около 4 1017кВт-ч в год. Чтобы наглядно оценить эту величину в Туркменистане приведено на карте см. рис.2. и энергетический потенциал ВИЭ огромен и составляет: Солнца - 4-1015 кДж или 1.4 -109 т у.т. в год; ветра - 640 -109 кВт ч в год; геотермальных вод - 2,5 млн. т у.т в год, кроме того еще достаточно энергия биомассы и малых рек.
Применение солнечной энергии для обогрева защищенного грунта осуществляется двумя путями. Первый основан на особенности светопрозрачного ограждения пропускать солнечную радиацию в культивационное сооружение в препятствовать выходу тепловой энергии наружу. Иными словами, культивационное сооружение является ловушкой для солнечной энергии.
Рис.2. Солнечный радиационный баланс ккал/см2 год.
Основным недостатком этого способа является отсутствие возможности для накопления энергии. Поэтому второй путь использования солнечной энергии для обогрева защищенного грунта предусматривает создание специальных конструкций, позволяющих не только
улавливать, но и аккумулировать солнечную радиацию. Основные результаты исследований в этой области изложены в работах [3-8,12-14].
На тепловой режим защищенного грунта большое влияние оказывают такие климатические факторы, как температура воздуха и скорость ветра. Затраты энергии на обогрев культивационного сооружения находятся в прямой зависимости от этих факторов. Таким образом, формирование теплового режима в значительной степени определяется климатическими ресурсами.
Материалы и методы
2. Климатическое районирование защищенного грунта
Метод исследования. Цель агроклиматического районирования, как известно, состоит в оценке благоприятности природно-климатических характеристик территории для того или иного объекта сельскохозяйственного производства. В данном случае речь идет о целесообразности размещения защищенного грунта в разных климатических районах Туркменистана.
К основным характеристикам климата, как уже указывалось, относятся температура и влажность воздуха, солнечная радиация и скорость ветра. Температура воздуха и скорость ветра определяют в холодное время года с учетом теплопотери культивационного сооружения и затраты энергии на его обогрев. От интенсивности солнечной радиации зависит освещенность в культивационном сооружении. Как известно, зимой, особенно в северных районах страны в Дашогузском велаяте (области), естественная освещенность является лимитирующим растениеводство фактором. В теплое время года температура воздуха и солнечная радиация являются причиной перегревов.
Соответствие климата технологическим и энерготехническим требованиям защищенного грунта можно количественно оценить с помощью микроклиматических критериев (освещенность солнечной радиацией и температура воздуха в культивационном сооружении), энергетических показателей (расходы энергии на обогрев, длительность отопительного периода) и конструктивных характеристиках (мощность отопительной системы, производительность вентиляционных устройств).
Климатическое районирование защищенного грунта изучали М. Т. Гликман и С. С. Клинникова, Н. И. Гаврилов, М. А. Миронов, Д.А. Куртенер, А.Ф. Чудновский [2-6] и др.. В работах туркменских ученных [3,5-14] осуществлен анализ расходов тепловой энергии на отопление зимних теплиц в различных климатических зонах страны. В частности, из выполненных расчетов для однослойных стеклянных солнечной теплиц получено, что расход тепла в долях единицы изменяется по территории Туркменистана в широком диапазоне: в южном 35о08 до северных 42о 48 '.
Довольно четкая связь наблюдается между географическим положением пункта и продолжительностью отопительного периода, начало и конец отопительного периода приняты моменты перехода средней суточной температуры воздуха весной и осенью через 15°С; за единицу принята продолжительность отопительного периода в разные и равны от 120 до 151 дням. В южных районах продолжительность отопительного периода существенно короче и коэффициент равен 0,61.
Разработка, создание и исследования энергетических параметров солнечной теплицы для выращивания сельскохозяйственных культур.
Все большее практическое значение приобретает решение задач, направленных на теплофизическую достоверность расчетов, характеризующих процессы формирования энергетических режимов в сельскохозяйственных производственных зданиях, на улучшение теплозащитных качеств ограждающих конструкций и совершенствование систем отопления и вентиляции этих сооружений.
Учеными проделана большая научно - исследовательская работа по расчету и испытанию различных культивационных сооружений.
Во всех этих работах в той или иной форме разрабатывалась математические модели, и рассчитывались тепловой режим наземных теплиц.
Но среди трудов нет ни одной разработки, которую можно было бы непосредственно использовать для расчета солнечной теплицы траншейного типа. Процесс теплообмена в наземных теплицах существенно отличается от теплообмена, происходящего в траншейной теплице, так как боковые стены траншеи с грунтовым массивом обладают большой инерционностью. Естественно, это будет влиять на формирование микроклимата: температурно - влажностного, радиационного и режима освещенности теплицы[6-12].
http://aeconomy.ru/science/agro/energoeffektivnost-energeticheskikh/ 13/41
С углублением траншеи появляется неоднородность освещения почвы и стен, что в свою очередь, усложняет задачу расчета. Для реализации разнообразных задач (проектирования, районирования, экономических расчетов и научных исследовании), необходимо прогнозировать возможный уровень параметров микроклимата теплиц траншейного типа при различных наружных климатических условиях. Знание энергетических возможности не отапливаемых культивационных сооружении позволит проводить их районирование на территории Туркменистана, существенно отличаются друг от друга природно-климатическими условиями.
В отличие от наземных теплиц, в траншейных теплицах вводится понятие коэффициента траншейности, который определяет углубление теплицы в почву, отношением площади стен к площади почвы.
Физическая модель тепловых процессов, происходящих в солнечной теплице траншейного типа, принятая расчетная схема теплотехнического баланса приведена на рисунке 3.
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Рис.3. Одномерная расчетная модель теплотехнического баланс солнечной теплицы траншейной теплицы.
Расчет теплового баланса солнечной теплицы траншейного типа выглядит как система уравнений теплового баланса для культивационного сооружения воздушного пространства для промежутка времени d с учетом обогрева можно записать в следующем виде:
+ - ¿в. - щ - ¿в™ - ¿е„ - ¿а
¿О.» = 0;
(1)
асз
где dQoб - тепловыделение системы отопления; поток тепла солнечной радиации,
поступающей в культивационное сооружение; dQв.т - количество тепла, отдаваемое окружающей среде в результате воздухообмена и теплопередачи через ограждения; dQст = dQ*cт + dQ0cт - поток тепла в стенку; dQп = dQп* + dQп0 - поток тепла в почву, dQ*п (ст) , dQп (ст)0 - поток тепла на освещенную и неосвещенную части стенки и почвы; dQа- поток тепла, аккумулируемый в воздухе за время с1 i ; сКЗр - поток тепла на растительный покров ( при условии, если теплица с растениями ).
Теплового баланса поверхности почвы для освещенной и неосвещенной частей, при отсутствии растительного покрова, имеет вид, и записывается отдельно:
dQ*п = dQ п - dQ*лп-dQ*кп - dQ*лп ( 2 );
dQоп = dQрcп + dQолп + dQокп + dQоип( 3 );
где dQ п- суммарный поток тепла приходящей солнечной радиации в почву; dQрcп - поток тепла приходящей рассеянной радиации на неосвещенную часть почвы; dQип - поток тепла излучаемого почвой; dQип- затраты тепла на испарение; dQкп - поток тепла, конвективный тепловой поток почвой на поверхностью почвой; dQконп- конденсированного тот же
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
промежуток времени d , здесь индексы; " п ", " * ", " о " - соответственно почвы, освещенной и неосвещенной поверхностей.
Уравнение теплового баланса поверхности стенки записывается аналогичным образом, как уравнение теплового баланса для почвы, освещенной и неосвещенной ее части, иметь вид:
dQ
ад
ст
р- dQ*лст-dQ*кст-dQ*ист ( 4 );
dQост = dQрсст - dQолст-dQокст-dQоконст ( 5 ); сЮ^ст ~ 0 - не учитывали.
Уравнение теплового баланса ограждения можно записать в следующем виде:
dQогр = dQлв + dQкв + dQконв + dQр(с)пог - dQлн-dQкн - dQин ( 6 );
Ясно, что при кратковременных периодах осадков учитывать dQин нет смысла.
Здесь dQр(с)ПoГ - поток тепла солнечной радиации, поглощаемой стеклом. Индексы " н " и " в " - обозначают наружную и внутреннюю поверхности ограждения.
Подставляя найденное решение интегрального уравнения в решение первой задачи (1), получим искомый результат формулы:
Математическая модель определения температуры листа растений в солнечных теплицах. Температура листа взаимосвязана с воздушным пространством, гелиосооружением и внешней средой, в связи с этим в математическую модель введено уравнение теплового баланса листа в виде:
8Т.
5т
" /// |<тУ>, I) [ (4сгТ^ +7.3*1СГ4(и/ел)0'5 ]ХГ-(3243-2.'(8).
С учетом приведенных сложного балансового уравнении температуры листа (8) можно составив упрошенное балансовое уравнение:
(9 ).
Проделав ряд математические преобразовании, получим формулу для определения температуры листа:
Г. =
<хрГ рТ ¿я - ар.Т р - АрК уу! л а^ГрТ1вехр г(<э г - $>]„) + й'.^Т^Г рехр ¡{от - )
т* ■ г
С „7 „О л® ехр 1{&7. - р. )+(й^ -
Г г г
I* ■ г
(10).
При экспериментальном исследовании температурного режима листа наблюдается следующая картина - на температуру растительного покрова, в основном, влияет солнечная радиация. В летний период теплица затенялась и там, где освещение было неравномерным, и лучи солнца не попадали на листья дынного дерева, там температура была выше или равна температуре воздуха, это видно на рисунке 4.
Научный результат. На основании решении и сравнения уравнений сложно и упрошенной математической модели теплотехнических параметров использовали методы прикладной математической статистики. С помощью регрессивного анализа осуществлялось построение зависимости между факторами экспериментального материала по температурному режиму в теплице, наружного воздуха и других параметров. Анализ данных, показал, что полученные результаты расчета по формуле (8) и (10) адекватно воспроизводят результаты
эксперимента, причем наиболее точный расчет дает формула (8) с ошибкой аппроксимации 12.35%, а по формуле (10) ошибка составляет 23.11% .
Рис. 4. Температурный режим листа и воздуха в теплице: 1 - температурный режим листа рассчитанный по формуле 8; 2 - температурный режим листа рассчитанный по формуле 10; 3 - температурный режим (эксперимент); 4 - температурный режим воздуха в теплице; 5 - температурный режим наружного воздуха; 6 - температурный режим плода дынного дерева.
На основе научно-обоснованных теоретических, практических расчетов и полученных результатов математической модели с учетом геоинформационных систем разработана, составлена климатическая карта районирования, номограмма для определения средней температуры воздуха в теплице траншейного типа в зависимости от количества солнечной радиации, для конкретного случая. Суммарная солнечной радиации зафиксирована в пределах от 0 - 30 000 Вт/ м2 мес., при коэффициенте ограждения F1 = 1.1, скорость ветра меняется в зависимости от времени года и естественно конвективный теплообмен по регионам Туркменистана [5-7].
Результаты составленной рис.5(а,б,в,г).
номограммы по регионам Туркменистана приведены на
На основании научно обоснованных результатов, экспериментальных исследований и полученных данных с использованием элементов геоинфармацинных систем (ГИС) составлена карта районирования средней изотермы наружного воздуха и гелиотеплицы траншейного типа в июле (отмечены черными цветом), в январе (красным) месяце по регионам Туркменистана, смотрите рис.6 и 7.
кхм
1,г Вт/см нее.
юти 18000 гоосч з«чо
360
-30 ■ р ч] 1111111 11111 ч ■ ■, III |Щ 11111111111111111111*| -20
vii viii ix x xi xii i ii iii iv v vi vii 1\/11
а)
I, ВТ/С™ чес,
5000 10000 -15000 20040 25000 ЭОО00
а60
■VI еся | |.'-|
б)
I, Вт/см нес.
0000 15000 ?ЩКН о 11 I I I ; I I I 111 I I I I 1111 I I | | | 11 I | I гт
5000 1000О 15000 »(Йи №000 1СНЮ0
60
i, Вт/см мес.
в 5ввв -Бв&г геоее 2&звэ завез
40-
\
0-
-20—г ч | г 11 | г г р [ р р ■ | < ■ ц I 11 | ■ и 11 I г [т п ] тп | П11 г и -20 vii viii ix к к1 xii i ii iii iv v vi vii
м ЕС я > ч~1
С)
-га
■ ■■|11 I | I11| II I 14|||1|Р11|111|111|111||||'
VI» VII) |К К И1 5*4 I ■■ 14 IV V VI VII
м есяцы
-20
д)
Рис. 5. Номограмма для определения температур воздуха в теплице в зависимости от количества солнечной радиации в областях Туркменистана: а-Ахалской области; б- Балканской области; с- Дашогузской области; д- Лебапской области.
Рис.6. Карта средняя изотерма наружного воздуха и гелиотеплицы траншейного типа (черным) в июле по регионам Туркменистана.
Рис.7. Карта средняя изотерма наружного воздуха и гелиотеплицы траншейного типа (красным) в январе по регионам Туркменистана.
Результаты и обсуждение
3. Физические и технические возможности экономии тепловой энергии
Научная аргументация. Защищенный грунт, было отмечено выше, является весьма энергоемкой отраслью сельскохозяйственного производства. Для примера укажем, что для обогрева 1 га зимних стеклянных теплиц требуется около 5000 кВт. В этой связи большой практический интерес представляет изыскание эффективных путей снижения расходов тепла на обогрев теплиц.
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Накопленный наукой и практикой опыт показывает, что для достижения указанной цели имеются следующие возможности:
■ повышение термического сопротивления ограждающих конструкций при сохранении высоких оптических свойств в биологически активной области спектра;
■ снижение воздухопроницаемости ограждения, что приводит к сокращению расхода тепла на нагревание инфильтрирующегося в теплицу воздуха;
■ уменьшение объема культивационного сооружения и сокращение площади ограждающих его конструкций;
■ рациональное распределение источников тепла в воздушном пространстве культивационного сооружения;
■ создание условий для максимальной аккумуляции солнечной энергии.
Рассмотрим, что может дать практическая реализация этих возможностей [5-7].
Влияние термического сопротивления ограждающих конструкций на теплопотери. Оценку термического сопротивления ограждающих конструкцийЯ можно осуществить по следующей формуле:
где Яв и Рн — сопротивления теплопереходу на внутренней и наружной поверхностях ограждения; ^ и М — соответственно толщина и коэффициент теплопроводностш-го слоя.
Из формулы (11) видно, чтоЯ слагается из собственного термического сопротивления Ят, определяемого толщиной ограждения и теплопроводностью материалов, из которых оно состоит, а также из сопротивлений теплопереходу на внутренней и наружной поверхностях Яв и Ян.
Рассмотрим физические и технические возможности увеличения термических сопротивлений Р.в,Р.т и Р.н. Расчеты показывают, что существенное увеличение^ дает применение ограждающих конструкций из двух светопрозрачных тонких стенок, разделенных воздушным промежутком. Например, при реализации такого ограждения из силикатного стекла ^ возрастает в 40 раз по сравнению с термическим сопротивлением однослойного ограждения. Расход тепла сокращается на 30 % [5-12].
Однако в случае применения многослойного ограждения заметно ухудшается световой режим в культивационных сооружениях, так как прозрачность такого ограждения уменьшается в 1,2 — 1,3 раза. Поскольку во многих районах освещенность культивационного сооружения является лимитирующим развитие растений фактором, то такой способ увеличения собственного термического сопротивления ограждения нельзя считать перспективным.
Один из путей решения задачи повышения термического сопротивления^ при сохранении высокой прозрачности ограждения ср базируется на фотопериодизме растений. Он реализуется с помощью динамического процесса, при котором
RT =
№ттт<Р = <Ртах Днем
Rrmax 0 НОЧЬЮ
(12)
Этот процесс осуществляется весьма просто. В ночное время применяются временные теплозащитные укрытия типа штор, которые днем убираются. Расчеты показывают,
например, что в теплице с однослойным стеклянным ограждением К-ттт= 0,005 (м2оС)/Вт,
а ^тти = 0,2 (м2 °С)/Вт.
Применение теплозащитных штор только в ночное время позволяет экономить значительные количества тепла. В работе [4] указывается, что суточные теплопотери в этом случае сокращаются на 20—25 %. В Швеции таким путем удается снизить расход топлива на 35—40 % [2-4].
Исследованию и разработке теплозащитных штор и укрытий посвящено большое число публикаций. Обзор их сделан Н. А. Нестругиным [7]. Остановимся кратко на некоторых оригинальных конструкциях. В ФРГ [6] для изготовления теплозащитных экранов создана пленка с воздушными ячейками. Ячейки имеют по горизонтали диаметр: 5, 10 и 30 мм при высоте соответственно 3, 4 и 8 мм. Предложено также применять пленочные рукава в качестве теплозащитного экрана. С помощью вентилятора небольшой мощности в эти рукава подается воздух. Они надуваются и плотно прилегают друг к другу, образуя у внутреннего ограждения теплицы сплошную воздушную подушку. Такой теплозащитный экран позволяет снижать теплопотери на 35—40 % [7, 8].
Итак, мы рассмотрели основные пути регулирования величины Ят. Перейдем теперь к анализу возможных способов воздействия на термические сопротивления иЯн. Эти величины можно определить по формуле (8.3.3)
Я = 1/а]л + 1/ а]
к
j =в,н (13)
где а]л и а]к — коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией, индексы «в» и «н» обозначают внутреннюю и наружную поверхности. Целенаправленное изменение коэффициентов j =в,н являющихся, главным образом, функциями температурных напоров и скоростей движения воздуха, весьма затруднительно. Для регулирования величин а]л имеются определенные возможности. Дело в том, что а]л зависят от лучистых характеристик светопрозрачных материалов. Применяя для изготовления ограждающих конструкций материалы с определенными лучистыми характеристиками, представляется возможным целенаправленно изменять величины а]л следовательно и Я].
Детальный анализ эффективности такого пути регулирования термических сопротивлений осуществлен в работе [5]. Очевидно, что значения а]л уменьшаются, если относительный коэффициент теплового излучения е убывает, а коэффициент отражения длинноволнового лучистого потока возрастает. Авторами работы [2-5] проведен расчет ночного термического режима в неотапливаемом культивационном сооружении при различных сочетаниях ] (]
= в,н). Результаты расчета (рис. 8) показывают, что наименьшая температура наблюдается при £в = £н =0.95. (ограждение из обычного стекла). Существенно повышается температура при £в = £н =0.25. Этот вариант соответствует применению в ограждающих конструкциях стекол, обе поверхности которых покрыты пленкой из двуокиси олова.
Наибольший термический эффект наблюдается при £в = £н =0 (ограждение с идеальными селективными свойствами). В работе [2-5] показано, что в отапливаемых культивационных сооружениях с идеальными селективными свойствами ограждающих материалов расходы на обогрев можно снизить на 13—50 %, а при применении стекла, покрытого пленкой двуокиси олова, — на 9—36 % по сравнению с сооружениями из обычного стекла.
Рис. 8. Зависимость температуры воздуха в теплице Тввот оптических свойств ограждения ев, ен и температуры наружного воздуха Тн. При условиях: £в = ен = 0; £в = £н = 0.25; £в = £н = 0.95.
При расчетах условиях уравнения регрессии и коэффициент корреляция равен:
£в = £н = 0; у = 1,4445х + 7,4307; ^ = 0,9982 £в = £н = 0.25; у = 1,1758х + 15,042; ^ = 0,9997
10.10.2017 Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
£в = £н = 0.95; у = 1,0303х + 19,947; Я2 = 0,9994;
Как видно коэффициент корреляции колеблется от 0,9982 до 0,9994 это оценивает очень высокую взаимосвязь. Уравнения регрессии выравнивает теоретическую и эмпирическую линию температуру наружного и внутреннего воздуха в теплице при различных оптических свойствах ограждения.
Влияние объема культивационного сооружения и площади его ограждения на теплопотери. Объем культивационного сooруженияVи площадь его ограждения Foгр определяются через коэффициенты объема ^ и ограждения п:
V=^ F , Foгр = г^, (14)
Где F — площадь культивационного сооружения. При F =const величины V и F0гр являются линейными функциями от ^ и п. Поэтому влияние объема культивационного сооружения и площади его ограждения на теплопотери можно оценить, используя зависимость термического режима от коэффициентов ^ и п. Такой анализ был проведен в работе [2-4]. На модели нестационарного теплообмена были рассчитаны значения разности Твв- Тв.
Расчеты выполнялись при различных сочетаниях ^ и п, характерных для основных типов культивационных сооружений: малогабаритных углубленных сооружений (парников), малогабаритных надземных укрытий и теплиц. Для упрощения задачи анализ производился только для ночного времени = 0) и при условии, что теплообмен на границе почва — воздух не происходит = 0). Кроме того, полагалось, что в начальный момент времени температура воздуха в культивационном сооружении равна температуре наружного воздуха, т. е. Твв- Тв = 0, а система отопления характеризуется весьма малой термоинерционностью и работает при постоянной мощности.
В качестве исходных данных принималось также, что Я = 0,17 (м2 °С)/Вт, ^=3ч-1, q0б=175 Вт/м2. Конструктивные характеристики задавались в следующих сочетаниях: для парников п = 1, ^ = 0,25; для малогабаритных надземных сооружений п = 1,5, ^ = 0,5; для теплицы п = 1,3, ^ = 3 м. Результаты расчетов представлены на рис. 9. Они показывают, что в одинаковых метеорологических условиях и при равенстве удельной мощности отопительных систем температура воздуха в малогабаритных углубленных сооружениях (парниках) оказывается значительно выше, чем в малогабаритных надземных сооружениях и в ангарных теплицах.
Рис. 9. Отопительный эффект Л Тв парника (1), надземного малогабаритного сооружения(2) и теплицы (3) при одинаковой мощности системы обогрева.
Уравнения регрессии, коэффициент корреляции соответственно равен: 1) парника: у = 87х + 7,2; Р2 = 0,6847; 2) многогабаритное культивационное сооружения: у = 57х + 4,2; Р2 = 0,7293; 3) теплицы: у = 45х + 2,5; Р2 = 0,8248.
Таким образом, как видно графическое представления и математический анализ сочетание коэффициентов п и характерное для парников, можно рассматривать как более предпочтительное в смысле экономии энергии.
Влияние распределения температуры воздуха в культивационном сооружении на теплопотери. Температурное поле в воздушном пространстве солнечного культивационного сооружения определяется рядом факторов, из которых наиболее существенными являются размещение источников тепла, а также условия теплообмена на наружной поверхности ограждения (в частности, характер воздействия погодных условий). Если источники тепла распределены в воздушном пространстве неравномерно, то температурное поле может
оказаться неоднородным. Для примера на рис.10показано экспериментальные исследования распределение температур воздуха по высоте в солнечной теплице траншейного типа.
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
Рис.10. Распределение температуры воздуха по высоте в солнечной теплице:
а
о л
- температуря наружного воздуха;
- температура воздуха на высоте 0,2 м;
- температура воздуха на высоте 1,88 м;
- температура воздуха на высоте 3,56 м.
Обсуждения результатов исследования. Как видно из графиков, температура в теплице с утра, после восхода солнца, начинает подниматься и доходит до максимума этого дня примерно в 14 - 15 часов, затем резко понижается до 21 часов, затем понижение продолжается плавно до 6 часов утра. Время наступления минимума температуры зависит от температуры наружного воздуха, а так же от высоты расположения термодатчика прибора, то есть с высотой раньше наблюдается снижение температуры воздуха.
Такой ход изменения температуры объясняется следующим приход энергии Солнца достигает своего наибольшего значения к 12 - 13 часам, естественно, в это же время температура воздуха растет. Затем поступление солнечной энергии уменьшается и температура воздуха понижается, а плавное понижение температуры в ночное время происходит за счет с аккумулированной энергии в стенах, почве [5-7].
Температура наружного воздуха в летнее время снижается плавно и доходит до своего минимума ( 26.30 С) в 5 часов утра. В 14 часов наблюдается наибольшее значение температуры (37.50 С).
На графике видно, что на высоте 3.56 м наименьшая температура воздуха достигается на один час позднее, чем снаружи сооружения, что объясняется влиянием с аккумулированной за день энергии в теплице.
Теплопередача наружному воздуху из теплицы через наземную часть больше, поэтому показание третьего верхнего термографа, установленного на высоте 3.56 м, опаздывает на 20 - 30 минут и достигает наименьшего значения 28.00 С, а показание второго, то есть установленного на высоте 1.88 м, имеет опоздание примерно на 30 - 40 минут и достигает
28.5 С, показание первого, установленного на высоте 0.2 м, достигает своего минимума 29.50 С через 40 - 50 минут.
Затем с попаданием лучей солнца внутрь теплицы температура воздуха начинает расти, между 9 и 11 часами утра подъем температуры идет медленно, это объясняется тем, что лучи солнца начинают скользить по ограждающей поверхности, а в период с 11 до 13 часов наблюдается наиболее интенсивный разогрев теплицы. Наибольшего значения показания первого термографа достигают в 15 часов ( 49.50 С ), второго в 14 часов 40 минут ( 520 С ), третьего в 14 часов 30 минут ( 52.80 С ). Ночью температура воздуха в нижней части выше, так как боковые стены, почва теплицы начинают отдавать с аккумулированное за день тепло, теплый воздух поднимается вверх и в результате теплоотдачи через стекло тепло передается наружу. Поэтому показания термодатчика, установленного на высоте 3.56 м, на 2 градуса выше, чем у наружного, у второго термографа, установленного на высоте 1.88 м, на 2.5 градуса, у первого термографа на высоте 0.2 м на 3.5 градуса. Это при минимальном снижении температуры, а при максимальном повышении температуры в зависимости от наружного воздуха первый термограф показывает температуру выше на 120 С, второй - на 14.50 С, третий - на 15.00 С выше, чем наружный термограф.
Количественно оценить влияние неоднородности температурного поля на теплопотери можно исходя из следующих соображений. Суммарные теплопотери Q можно определить по формуле
Q= С (Тогрв. в - Тв),
(14)
где С — константа; Тогрв. в—средняя температура воздуха у внутренней поверхности ограждения (разумеется, за пределами пограничного слоя).
Из-за неравномерности температурного поля значение может значительно превышать температуру воздуха в среде обитания надземных органов растений Т вв (р) (в рабочей зоне). Так как значение Т вв (р) является определяющим, то очевидно, что наименьшие теплопотери, а следовательно, и расходы энергии на обогрев будет иметь место тогда, когда разность Т вв
Тогда формулу (14) можно записать так:
Из формулы (16) видно, что безразмерный параметр рт можно использовать в качестве критерия при оценке эффективности того или иного способа организации теплового режима в культивационном сооружении. Чем ближе значение в т к 1, тем меньше теплопотери [5-7, 1012].
Полученные эмпирические результаты. На основе описанных тепло-физических процессов в солнечной теплицы траншейного типа и применив математические методы получили следующие выражения для пасмурного дня, падающую прямую солнечную радиацию (I), температуры наружного воздуха (Тн), внутри теплицы (Тв), почвы (Тп) и стен (Тст) на поверхности и в глубине 0,1 см в виде разложенных ряды Фурье:
Тн - 1,57 I 2,03е<«(0,261 - 0,865)+ 0,149соз(0,521 +1,028)+ 0,39соэ(0,781 - 1,48) (17);
I = 50,58 I 84,38 с<ж(0,261 0,5б) I 48,09(х«(0,521 1,3) I 24,42^о«(0,781 I 0,5) (18); Тв = 4,62 + 2,04 соэ(0,261 - 1,38)+ 0,399 соз(0,521 - 0,415)+ 0,31 сой(0,781 - 0,527) (19); Тп 9,1 + 2,86 со8 0,261 + 1,043 сов 0,52 г + 0,49 со* 0,781 (20);
Ы х=о =7,82+2,69со50.26т+0.95со50.52т+0.464соз0.78т (21); Тп х=од=9,98+1,27со50.26т+0.336со50.52т+0.12со50.78т(22); Та х=ол =8,96+0;627со50.26т+0.174со50.52т+0.06со50.78х(23).
Для сопоставлений расчета с экспериментом рассматривали зимой солнечный день, когда теплица не отапливалась. При расчете не принимались во внимание испарение с поверхности почвы, стен, конденсация на стекле и растениях. С начала разложили в рад Фурье температура наружного воздуха Тн, прямую солнечную радиацию I.
Подставив в выражения ( 11 -12 ) Тн и I, получаем зависимости, описывающие температурный режим воздуха, почвы, стен:
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
ТЕ = 16,2 + 8,35 солода + 0,279)+ 2,8соф,521 - 0,08) + 0,97 соз(0,7^ +1,42) (26);
х = 0
= 21,1 + 8,59соз0,261 + ЗД9созО,521 + 0,72 соя 0,781 (27);
Т
-*- г -
Т
т
А г
х-о
= 20,48 + 8,39соэ0,26г + 3,01соз0,521 + 0,73 собО,781 (28);
х 0,1
х = 0Л
= 19,58 + 3,78 соэО,261 + 1701со80,521, I 0,17соя0;781 (29);
= 19.08 + 2,5со50,2б1 + 0.040080,521 + 0:095со50:781 (30);
Экспериментальный результат. Для расчета использовались следующие параметры гелиосооружения площадь: почвы теплицы Fп = 89 м2 ; стен Fст = 78 м2 ; термоэкрана FoT = 89 м2 ; прозрачного ограждения F0гр = 196 м2. Термофизические характеристики: коэффициент поглощения стены Аст = 0.35; почвы Ап = 0.5; коэффициент
теплопроводности ограждения К = 5.38 Вт/м2; коэффициент инфильтрации для теплицы со стеклянным ограждением Р. =1.2, для термоэкрана из полиэтиленовой пленки г = 1.05; кратность воздухообмена М = 1.2; при наличии термоэкрана т = 0.8; коэффициенты температуропроводности для почвы ап = 0.00375 м2 /час, стены аст = 0.0018 м2 /час; удельная теплоемкость воздуха св = 1004.8 Дж/кг 0 С, стекла с0 = 837.36 Дж/кг 0 С, плотность воздуха в = 1.1; 0 = 25000 кг/м .
При сопоставлении экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов рассматривали зимние солнечный и пасмурный дни, когда гелиотеплица дополнительно не обогревалась. При расчете не принималось во внимание испарение с поверхности почвы, стен и конденсация на стенах и растениях. Для практического опыта исследовали использовали термоэкран в следующих возможных условиях: повышение термического сопротивления ограждающих конструкций при сохранении высоких оптических свойств в биологически активной области спектра; снижение воздухопроницаемости ограждения, что
Энергоэффективность энергетических ресурсов и климатическое районирование солнечных теплиц
приводит к сокращению расхода тепла на нагревание инфильтрирующегося в теплицу воздуха; уменьшение объема культивационного сооружения и сокращение площади ограждающих его конструкций; рациональное распределение источников тепла в воздушном пространстве культивационного сооружения; создание условий для максимальной аккумуляции солнечной энергии [5-7,11-14].
Полученные результаты расчетов температуры воздуха в солнечный день в теплице приведены:
без термоэкрана
Тв = 16.2 + 8.35 cos( 0.26т + 0.279 ) + 2.8 cos ( 0.52 т - 0.08 )+ 0.97 cos ( 0.78 т + 1.42 ) ( 31 );
с термоэкраном:
Тв = 21.08 + 7.21 cos( 0.26 т + 0.279 ) + 2.5 cos ( 0.52 т - 0.08 )+0.723 cos ( 0.78 т + 1.42 ) (32 );
в пасмурный день в теплице без термэкрана:
Тв = 4.62 + 2.04 cos( 0.26 т + 1.38 ) + 0.399 cos ( 0.52 т - 0.415)+ 0.31 cos ( 0.78 т - 0.527 ) ( 34 );
с термоэкраном:
Тв = 8.77 + 2.1 cos( 0.26 т + 1.38 ) + 0.636 cos ( 0.52 т - 0.415)+0.329 cos ( 0.78 т - 0.527 ) (35 );
Результаты графически представлены на рисунке 11.
Количество тепла, теряемого в теплице с термоэкраном и без него, было переведено в единицу стоимости тепла в зависимости от вида источника технического обогрева, составлена таблица 5.6.
Отопительный период в условиях Туркменистана самый минимальный, он составляет 97 дней в году. Но тем ни менее, затраты составляют значительную сумму. Затраты на обогрев
можно снизить, используя термоэкраны, о чем свидетельствуют экспериментальные данные 1984 г, приведенные в таблице. В солнечный день с использованием термоэкрана экономится электроэнергия на сумму 163 руб. 93 коп. ( 127.86 $ ), за отопительный сезон 268.69 руб./ год ( 209.58 $ /год ), то есть экономиться 61 % тепловой энергии, при пасмурном режиме соответственно 13 руб. 43 коп. ( 10.47 $ ), 9.44 % тепловой энергии. Конечно, здесь необходимо использовать дополнительный подогрев, что будет составлять 0.53 гДж для теплицы без термоэкрана, 0.47 гДж для теплицы с термоэкраном. Отсюда следует, что применение термоэкранов в теплицах выгодно с энергетической точки зрения, хотя это будет усложнять конструкцию сооружения. Наиболее оптимальный вариант экономии тепловой энергии - это комбинированное использование солнечной энергии с промышленными теплоотходами, с энергией термальных вод. В результате этого отпадает необходимость в строительстве котельной, а это дает экономию в размере около 30 тыс. рублей ( 23.400 $ ) на каждые 1000 м2 теплиц. ( Курс рубля по отношению к доллару США взят по данным печати 1984 г.).
Рис.11. Распределение температуры воздуха в теплице в солнечный (а) и пасмурный (б) дни:
□ - наружного воздуха; Л- расчет; О - эксперимент;
^ - в теплице с термоэкраном.
Заключение. Анализирован на основе имеющейся географически привязанной информации различные альтернативные варианты для проведения оценки последствий вариантов проектирования солнечных теплиц, в той или иной области для дополнительного подбора обогрева зимой, охлаждения от перегрева летом с целью энергоэффективности обеспечения и устойчивого развития региона. Пришли к выводу:
1. Природно-климатические условия Туркменистана и возможности выращивание различных сельскохозяйственных культур в условиях защищенного грунте, является энергоемким хозяйством. Решения вопроса удешевления теплофикации и уменьшения капиталовложений в строительство можно решить, с использованием возобновляемых источников энергии; первичные ( солнечную энергию, комбинируя теплоту грунта и геотермальных вод)и вторичные ( тепловые отходы промышленных предприятий ), а также различные конструкции теплиц.
2. Анализ агрометеорологических факторов, влияющих на микроклимат солнечных теплиц для выращивания сельхоз культур по областям страны: северный - Дашогузской; восточный - Лебапской; центральный - Ахалской; юго - западный - Балканской, свидетельствует о том, что для поддержания комфортного температурного режима ( 18 0 - 22 0 С ) зимой необходимо количество тепловой энергии по регионам страны: в северном 467.3 -968.76 МДж; в восточном 131.4 - 342.0 МДж; в центральном 83.5 - 106.2 МДж; в юго-западном 21.1 - 0000 МДж.
В летний период года для предупреждения перегрева растений и создания оптимального микроклимата для выращивания дынного дерева необходимо снять тепловой поток; в северном 1051.8 - 1412.0 МВт; в восточном 1593.4 - 1898.6 МВт; в центральном 1536.1 -2013.7 Мвт; в юго-западном 1379. - 1736.4 МВт, частично можно достичь с помощью вентиляции и затенения.
3. Экспериментальные исследованные результаты разработанной конструкции гелиотеплицы траншейного типа показывают, что температурно - влажностный режим в летний период отвечал условиям вынашивания сельхозкультур при выполнении таких агрометеорологических мероприятий, как затенение, вентиляция, полив и другие. При затенении температура воздуха в теплице понижается на 3 - 6 градусов по сравнению с температурой наружного воздуха, при вентиляции и без затенения она выше на 5 - 6 градусов температуры наружного воздуха, температура листьев растений меняется днем в зависимости от высоты на 0.5 градуса, температура плодов на 0.5 - 0.8 градусов меньше температуры внутреннего воздуха и ниже на 1 - 2 0 от температуры листьев. Ночью температура воздуха и растений почти одинакова.
Зимой температура листьев и плодов меняется в зависимости от высоты растения, чем оно выше, тем выше и температура.
4. Самый благоприятный период для выращивания сельхозкультур является - весна и осень, так как теплица работает на солнечном обогреве. По агрометеорологическим факторам наиболее подходящими регионами Туркменистана для выращивания тропических и субтропических культур является юго - запад страны; Махтумкулийский, Этрекский, Гасангулинскиерайоны.
5. Разработанные математические модели теплотехнических расчетов теплицы траншейного типа для определения температуры листьев и воздуха адекватно воспроизводят результаты эксперимента и теории, и дают точность решения в пределах 15 - 23 %.
На основе математических моделей и разработанной геоинформационной системы карты районирования, составленной номограммы по регионам страны для прогноза температуры воздуха в теплице, в зависимости от солнечной радиации по месяцам года. Номограммы найдут свое применение при проектировании и составления технико-экономического обоснования теплиц для определения; ввода в эксплуатацию сооружения, мощности обогревателя, необходимые затраты на тепловой обогрев, охлаждение и так далее. С помощью ГИС карты и номограммы можно решить энергетические, экономические, экологические, социальные вопросы для реализации государственной продовольственной программы Туркменистана и энергосбережения.
6. Приведенные методы расчета, предложенные средства экономии энергии дают возможность составить график распределения тепловой энергии по месяцам года, определить стоимость, необходимую для поддержания оптимальной температуры воздуха в гелиотеплице при различных видах топлива в течение года. При использовании термоэкрана из полиэтиленовой пленки достигается экономия средств и снижение теплопотерь за счет уменьшения объема сооружения.
7. Технико - экономические показатели, приведенные в работе, подтверждают возможность энергоэффективности, а также несомненную перспективность и экономическую рентабельность выращивания различных культур в условиях Туркменистана в условиях защищенного грунта с использованием возобновляемых источников энергии и промышленных тепловых отходов.
Библиографический список
1. Бердымухамедов Г.М. Государственное регулирование социально-экономического развития Туркменистана. //Том 1. А.: Туркменская государственная издательская служба, 2010.
2. Ануфриев Л.Н., Кожинов И.А., Позин Г.М. Теплофизические расчеты селькохозяйственных производственных зданий. М.:Стройиздат, 1974. 216с.
3. Байрамов Р., Рыбакова Л.Е. Микроклимат теплиц на сонечном обогреве. Ашхабад: Ылым, 1983. 88 с.
4. Куртенер Д.А., Усков И.Б. Климатические факторы и тепловой режим в открытом и защищенном грунте. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 231 с.
5. Пенжиев А.М. Агротехника выращивания дынного дерева (Сапсарарауа I..) в условиях защищенного грунта в Туркменистане. Автореф. Дис. уч. степени доктор сельхоз. наук Москва, 2000 54 стр.
6. ПенджиевА.М. Математическая модель теплотехнических расчетов микроклимата траншейной солнечной теплицы. //Международный журнал «Альтернативная энергетика и экология» 2010, №7 с.62-70
7. ПенджиевА.М. Математическое моделирование микроклимата в солнечной теплице траншейного типа. //Международный журнал «Альтернативная энергетика и экология»2010,№8, с. 60-69
8. Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь. Монография, Издатель: LAP LAMBERT Academic Publishing 2014, - 226 с. ISBN: 978-3-8433-9325-6
9. Пенжиев А.М. Изменение климата и возможности уменьшения антропогенных нагрузок // Монография. LAMBERTAcademicPublishing, 2012, 166 с.
10. Пенжиев А.М. Основы ГИС в развитий возобновляемой энергетики.Монография, Издатель: LAPLAMBERTAcademicPublishing 2017, - 308с. ISBN: 978-620-2-01229-4.
11. Пенджиев А.М., Пенжиева Д.А. Возможности использования геотермальных вод для теплоснабжения теплиц Туркменистана.//В кн. «Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве». Материалы международной конференции, 2008. Москва, ВИЭСХ, с 37-45.
12. Пенджиев А.М., Пенжиева Д.А. Ресурсы и эффективность использования геотермальных вод. Монография, Издатель: LAP LAMBERT AcademicPublishing 2015, - 224 с. ISBN: 978-3-65976129-4.
13. Рыбакова Л.Е., Пенжиев А.М. Энергия барадасохбет. А.: Магарыф, 1993.
14. Стребков Д.С., Пенджиев А.М., Мамедсахатов Б.Д. Развитие солнечной энергетики в Туркменистане. //Монография. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012, 496 с.
References
1. Berdymuhamedow G.M. Gosudarstwennoe regulirovanie sosialno-ekonomieskogo razwitie Turkmenistana. //Tom 1. A.: Turkmenistana gosudarstvenaya izdatelstava slujba, 2010.
2. Anufriew L.N., Kojinow I.A., Pozin G.M. Teplofizikfsye raschety selkohozyastvenyh proizvodstvenyh zdani. M.:Stroyizdat, 1974. 216s.
3. Bayramow R., Rybakowa L.E. Mikroklimat teplis na sonechnom obogrewe. Ashabad: Ylym, 1983. 88 s.
4. Kurtener D.A., Uskow I.B. Klimaticheskiye faktory i teplovoy rejim v otkrytom i zashishenom grunte. L.: Gidrometeoizdat, 1982. 231 s.
5. Penjiyev A.M. Agrotehnika vyrashiwaniya dynnogo derewa (Carica papaya L.) vusloviyah zashiennogo gruntavTurkmenistane. Awtoref. Dis. uch. stepeni doctor selhoz. nauk Moskwa, 2000 54 str.
6. Penjiyev A.M. Matematicheskaya model teplotehnicheskih raschetov mikroklimata transheynogo solnechnoi teplisy. //MejdunarodnyijurnalAlternatiwnayaenergetika i ekologiya 2010, №7 s.62-70
7. Penjiyev A.M. Matematicheskoe modelirovanie mikroklimata v solnechnoi teplise transheynogo tipa. //Mejdunarodnyi jurnal "Alternativnaya energetika i ekologia"2010,№8, s. 60-69
8. Penjiyev A.M. Ekologicheskie problem osvoeniya pustyn". Monografiya, Izdatel": LAP LAMBERT Academic Publishing 2014, - 226 s. ISBN: 978-3-8433-9325-6
9. Penjiyev A.M. Izmeneniyeklimata i vozmojnostiumensheniyaantropogennyhnagruzok // Monografiya. LAMBERT Academic Publishing, 2012, 166 s.
10. Penjiyev A.M. Osnovy GIS v razvitivozobnovlyaemoienergetiki. Monografiya, Izdatel": LAP LAMBERT Academic Publishing 2017, - 308 s. ISBN:978-620-2-01229-4.
11. Penjiyev A.M., Penjiyeva D.A. Vozmojnosti ispolzowania geotermalnyh vod dlya teplosnabjeniya teplis Turkmenistana.//V kn. "Energosberegaushie tehnologii v selskomhozyastve". Materialy mejdunarodnoi konferensii, 2008. Moskwa, VIESH, s 37-45.
12. Penjiyev A.M., Penjiyeva D.A. Resursy i effektiwnost ispolzovaniyae gotermalnyh vod. Monografiya, Izdatel: LAP LAMBERT Academic Publishing 2015, - 224 s. ISBN: 978-3-659-761294.
13. Rybakova L.E., Penjiyev A.M. Energiya barada sohbet. A.: Magaryf, 1993.
14. Strebkov D.S., Penjiyev A.M., Mamedsahatov B.D. Razvitiye solnechnoi energetikivTurkmenistane. //Monografiya. M.: GNU VIESH, 2012, 496 s.
Возврат к списку
Выставка Агропродмаш-2017
Оборудование, технологии, сырье и ингредиенты для пищевой промышленности! (12+) agroprodmash-expo.ru
х ®
КОНТАКТЫ
© 2014-2017 Электронный научный журнал «Аэкономика: экономика и сельское хозяйство», бесплатная публикация научных статей по с/х, 16+
Свидетельство Управления Федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций по Приволжскому федеральному округу ИА № ТУ 5201155 от 19 июля 2016 г.
ISSN: 2500-0861, журнал включен в РИНЦ, ЦНСХБ, КиберЛенинку. БД: Google Scholar, OCLC WorldCat, EBSCO, ROAR, BASE, OpenAIRE, RePEc. INNOV - разработка сайта, Нижний Новгород
