CC BY
0
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК / UDC 631.234
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ВЫБОР ТОЛЩИНЫ ПОЛИКАРБОНАТНОГО
ОГРАЖДЕНИЯ ТЕПЛИЦЫ
ECONOMIC CHOICE OF THE THICKNESS OF POLYCARBONATE FENCE
OF A GREENHOUSE
Блажнов А.А., кандидат технических наук, доцент Blazhnov A.A., candidate of technical sciences, associate professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia
E-mail: blazhnov47@mail.ru
Теплицы с поликарбонатным ограждением широко применяются для выращивания сельскохозяйственной продукции. В зимний период теплицы круглогодового назначения используются для выращивания зеленных культур, не требующих высокой температуры. В холодный период года тепловые потери теплиц значительно возрастают, при этом примерно 95% тепла теряется через светопрозрачное ограждение. Нормы по проектированию теплиц СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники» и РД-АПК1.10.09.01-14 «Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады» не содержат конкретных указаний по энергоэкономичному решению ограждающих конструкций теплиц из поликарбонатных панелей. В связи со значительными единовременными затратами на светопрозрачное ограждение и эксплуатационными расходами на отопление культивационного сооружения в холодный период года рассмотрена возможность экономического выбора толщины поликарбонатного ограждения теплицы. Цель исследования предусматривала аналитическое обоснование толщины поликарбонатного ограждения, соответствующей минимуму затрат на его устройство и отопление за расчётный период окупаемости сооружения. В процессе исследования использовались положения дифференциального исчисления и математической статистики. В качестве примера рассматривалась одна торговая марка поликарбонатных листов. Установлена корреляционная связь между термическим сопротивлением ПК листов и их стоимостью, составлена целевая функция суммарных затрат по ограждению и получено выражение для оптимального термического сопротивления ПК ограждения теплицы. Установлено, что суммарные затраты по поликарбонатному ограждению теплицы будут наименьшими для начальной толщины из рассматриваемого ряда толщин сотовых поликарбонатных листов, если рост стоимости 1м2 ПК листов превышает снижение затрат на отопление применительно к такой же площади и толщине ограждения в течение расчётного срока окупаемости теплицы.
Ключевые слова: поликарбонатная теплица, толщина поликарбонатного ограждения, минимум приведенных затрат по ограждению.
Greenhouses with polycarbonate fencing are widely used for growing agricultural products. In winter, year-round greenhouses are used for growing green crops that do not require high temperature. During the cold season, heat losses in greenhouses increase significantly, with approximately 95% of the heat lost through the translucent fence. The standards for the design of greenhouses SP 107.13330.2012 "Greenhouses and greenhouses" and RD-APK1.10.09.01-14 "Methodological recommendations for the technological design of greenhouses and greenhouse plants for growing vegetables and seedlings" do not contain specific instructions for energy-efficient solutions for enclosing structures of greenhouses made of polycarbonate panels. Due to the significant one-time costs for translucent fencing and operating costs for heating a cultivation facility during the cold season, the possibility of economically choosing the thickness of the polycarbonate fencing of the greenhouse was considered. The purpose of the study included an analytical justification of the thickness of the polycarbonate fence, corresponding to the minimum cost of its installation and heating for the estimated payback period of the structure. During the research, the principles of differential calculus and mathematical statistics were
used. As an example, one brand of polycarbonate sheets was considered. A correlation between the thermal resistance of PC sheets and their cost has been established, a target function of the total costs for fencing has been compiled, and an expression for the optimal thermal resistance of PC fencing for a greenhouse has been obtained. It has been established that the total costs for polycarbonate fencing of a greenhouse will be the smallest for the initial thickness of the considered range of thicknesses of cellular polycarbonate sheets, if the increase in the cost of 1 m2 of PC sheets exceeds the reduction in heating costs in relation to the same area and thickness of the fence during the estimated payback period of the greenhouse.
Keywords: polycarbonate greenhouse, thickness of polycarbonate fencing, minimum reduced costs for fencing.
Введение. Поликарбонатные теплицы различной площади широко используются в малых формах хозяйствования для выращивания овощных культур, цветов, ягод. Так, для личных хозяйств и фермеров рынком предлагаются однопролётные поликарбонатные теплицы арочного типа шириной от 4 до 20 и длиной до 200 метров [1-5]. При этом в ограждающих конструкциях теплиц возможно использование сотовых поликарбонатных листов (СПКЛ) различной толщины: 4,6,8,10мм и более.
Известно, что при круглогодовом выращивании в теплицах сельскохозяйственных культур в зимний период увеличиваются эксплуатационные расходы на отопление, при этом до 95% расходов приходится на восполнение тепловых потерь через ограждение [6] . Снижение затрат на отопление возможно посредством увеличения толщины поликарбонатных листов, то есть повышением их термического сопротивления. Однако при этом будут возрастать единовременные затраты на ограждающие конструкции. Так, в табл.1 в ценах для Орловской обл. приведено изменение единовременных и эксплуатационных затрат на арочную поликарбонатную теплицу площадью 500 м2 , рекомендуемой РД - АПК 1.10.09.01 -14 для
фермерских хозяйств. Расходы на газ указаны за трёхлетний период эксплуатации культивационного сооружения, принятый за расчётный срок его окупаемости.
Таблица 1 - Изменение единовременных и эксплуатационных затрат по поликарбонатному ограждению арочной теплицы площадью 500 м2_
Толщина ограждения, мм Единовременные затраты на СПКЛ, тыс. руб Эксплуатационные расходы на газ, тыс. руб Суммарные затраты за трёхлетний период, тыс. руб
4 214,52 (100%) 501,7 (100%) 716,22 (100%)
10 474,02 (221%) 406,55 (81%) 880,57 (123%)
Рассматривая связь между ростом затрат на поликарбонатное ограждение теплицы и снижением расходов на отопление при круглогодичном её использовании, можно установить рациональную конструкцию покрытия, соответствующую их минимуму за определённый период времени.
Цель исследования предусматривала определение толщины поликарбонатного ограждения, при которой суммарные затраты (на 1м2 ) по устройству ограждения и покрытие теплопотерь через последнее за расчётный срок окупаемости сооружения были бы минимальны.
Материалы и методы исследования. Результаты исследования получены аналитически. Использовались положения дифференциального исчисления и математической статистики.
Результаты исследования. Для достижения намеченной цели устанавливалось наименьшее значение целевой функции
А = Сп + С0т = (1)
где А - расходы по ограждению за расчётный срок окупаемости теплицы, руб/м2;
Сп - стоимость 1м2 ограждающей конструкции из поликарбонатных листов, руб (предполагался хозяйственный способ строительства теплицы);
Сот - расходы на отопление за расчётный срок окупаемости теплицы, принятый равным трём годам, руб/м2.
В качестве примера рассматривались технико-экономические показатели сотовых поликарбонатных листов ТЕРРОЬ/ЫМРОЬ (табл.2) [7].
График изменения стоимости приведенных в табл.2 поликарбонатных листов в функции их термического сопротивления в прямоугольных координатах имеет вид прямой линии (рис.1). То есть, связь между стоимостью сотовых поликарбонатных листов и их термическим сопротивлением можно представить в виде линейной зависимости, установленной методом наименьших квадратов
Сп = 3220Д0 - И91 руб/м2 , (2)
где Яо - сопротивление теплопередаче поликарбонатных листов (коэффициент корреляции подобранного уравнения связи г = 0,99).
Таблица 2 - Технико.- экономические показатели сотовых поликарбонатных листов ТЕРРОШМРО!.
Толщина листа, мм Сопротивление теплопередаче Яо, м2 °С/Вт Стоимость листа, руб/м2 **
4 0,440* 248
6 0,462* 272
8 0,501* 420
10 0,538* 548
Сопротивление теплопередаче поликарбонатных листов Яо приведено с учётом сопротивлений теплоотдаче внутренней и наружной поверхностей листа, установленного в ограждении теплицы.
"Стоимости поликарбонатных листов приведены для г. Орла
руб/ь?
/
j /
/
/
/
1
0,40 0,50 0,60 м2-°С/Вг
Рисунок 1 - График изменения стоимости поликарбонатных листов в функции их термического сопротивления
Для обеспечения требуемой внутренней температуры в теплицах обычно используется водяное отопление, в качестве топлива газ. Расходы на газ в руб/м2 ограждения за расчётный срок окупаемости теплицы, принятый равным трём годам, можно приблизительно определить по формуле
^ОТ _ ^ в с ^ (£от1 + Сот2 + Сот3) , (3)
«о
где г;в - расчетная температура внутреннего воздуха в теплице, принятая равной 15°С и рекомендуемая [8] для выращивания холодостойких культур: салата, редиса, капусты, укропа, лука и др.;
г;н - средняя температура наружного воздуха за отопительный период (ноябрь - март) для Орловской обл., равная - 4,42°С, вычисленная по данным [9];
Z - годовая продолжительность отопительного периода равная 151 суткам (3624 часа);
С0Т1 + ^от2 + С0тз - соответственно стоимость 1000 ккал газа в 1, 2 и 3 годы эксплуатации теплицы: для юридических лиц и индивидуальных предпринимателей Орловской обл. в 2023г. равная 1,08 руб. с учётом НДС 20%, в 2024г. - 1,17руб., в 2025г. - 1.26руб. (ежегодное увеличение тарифа на газ по официальным данным 8%) [10,11] );
Но - общее сопротивление теплопередаче кровельной сотовой поликарбонатной панели.
Д0=- + Д+— , (4)
и «в «н
где ав , ан - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей ограждения теплицы, соответственно равные 8,0 и 23 Вт/(м2 0С);
Н - термическое сопротивление сотового поликарбонатного листа.
После суммирования зависимостей (2) и (3) получено выражение расходов по ограждению за расчётный срок окупаемости поликарбонатной теплицы, руб/м2
А = 3220Д0 - 1191 + (Сот1 + Сот2 + С0ТЗ) (5)
"о
Первая производная выражения (5) по Но равна
= 3220 - (Сот1 + Сот2 + Сотз) (6)
После приравнивания производной нулю и выполнения преобразований установлено значение Но, которое должно соответствовать минимуму затрат по ограждению за расчётный срок окупаемости теплицы
^ _ I (Сот1 + Сот2 +сотз) (7)
0 _ У1 1000-3220 ( )
Вычисления показали, что значение Но = 0,24 м2*0С/Вт находится за пределами значений подобранного уравнения связи (2) и его нельзя считать достоверным.
Из выражения (7) следует, что в местностях с жёстким климатом при значительной разности (гв - гн) , продолжительным холодным периодом 2 и высокой стоимостью получения тепла поликарбонатное ограждение должно быть большей толщины. Термическое сопротивление ограждения также должно увеличиваться при длительном сроке окупаемости теплицы
Анализ производной (6) показал, что она имеет положительные значения в каждой точке отрезка Но = 0,44...Но =0,538 м2*0С/Вт, принадлежащего функции (2). Следовательно, с увеличением толщины СПКЛ суммарные затраты по ограждению за расчётный срок окупаемости теплицы увеличиваются (рис.2) и экономически целесообразной для принятых исходных данных является толщина ограждения теплицы 4мм. Увеличение суммарных затрат по ограждению с увеличением толщины (термического сопротивления) поликарбонатных листов обусловлено более быстрым ростом стоимости СПКЛ по сравнению со снижением затрат на отопление.
При рассмотрении поликарбонатных листов других торговых марок для экономического выбора толщины поликарбонатного ограждения теплицы целесообразно использование компьютерных программ при подборе корреляционного уравнения связи, построении графиков и вычислений.
руб/м2
1200
1000
800
600
400
200
0
И
/
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 м2 / Вт
Рисунок 2 - Изменение удельных расходов по ограждению за расчётный срок окупаемости теплицы в функции термического сопротивления поликарбонатных листов : 1- единовременные затраты на сотовые поликарбонатные листы; 2 -затраты на газ; 3 - суммарные затраты (1+2) на 1м2 ограждения
Вывод. На основании проведенного исследования можно сделать следующий практически значимый вывод:
суммарные затраты по поликарбонатному ограждению теплицы будут наименьшими для начальной толщины из рассматриваемого ряда толщин сотовых поликарбонатных листов, если рост стоимости 1м2 ПК листов превышает снижение затрат на отопление применительно к такой же площади и толщине ограждения в течение расчётного срока окупаемости теплицы.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.Фермерские теплицы из поликарбоната под ключ // URL: https://volga-teplica.ru> (дата обращения 22.09.23).
2.Фермерские теплицы из поликарбоната // URL: https:// master-teplic/ru>fermerskie-teplitsy (дата обращения 22.09.23).
3. Производство садовых теплиц и тепличных комплексов // URL: https://avadar.ru > teplizi) (дата обращения 19.09.2023).
4.Блажнов A.A., Андрианов H.H. Многофункциональное производственное сооружение для фермерских хозяйств // Сельское строительство.2007. № 3-4,с.26.
5.Блажнов A.A. О снеговой нагрузке на малопролётные арочные сооружения с полимерной кровлей // Промышленное и гражданское строительство. 2010.№3, с.23-25.
6. Блажнов A.A. Сравнительная оценка типов зимних теплиц для фермерских хозяйств // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 3(711).С.71 -78.
7. Каталог поликарбонатных изделий // URL: https://unikum-plastOrel.ru > catalog > policarbonat (дата обращения 22.09.23).
8. РД-АПК1.10.09.01-14 Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады (табл.8). М.: ФГБНУ "Росинформагротех",2014. 109 с.
9. СП 131.13330,2020 Строительная климатология.
10.Цены реализации природного газа юридическим лицам и индивидуальным предпринимателям на территории Орловской области. Газпром межрегионгаз Орёл // URL: http://www. Gazprom-mrg57.ru>realizacia (дата обращения 12.09.23).
11. Информация РБК // URL: https://www. rbc/ru (дата обращения 22.09.23).
REFERENCES
1.Fermerskie teplitsy iz polikarbonata pod klyuch // URL: https://volga-teplica.ru> (data obrashcheniya 22.09.23).
2.Fermerskie teplitsy iz polikarbonata // URL: https:// master-teplic/ru>fermerskie-teplitsy (data obrashcheniya 22.09.23).
3. Proizvodstvo sadovykh teplits i teplichnykh kompleksov // URL: https://avadar.ru > teplizi) (data obrashcheniya 19.09.2023).
4.Blazhnov A.A., Andrianov N.N. Mnogofunktsionalnoe proizvodstvennoe sooruzhenie dlya fermerskikh khozyaystv // Selskoe stroitelstvo.2007. № 3-4,s.26.
5.Blazhnov A.A. O snegovoy nagruzke na maloproletnye arochnye sooruzheniya s polimernoy krovley // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2010.№3, s.23-25.
6. Blazhnov A.A. Sravnitelnaya otsenka tipov zimnikh teplits dlya fermerskikh khozyaystv // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitelstvo. 2018. № 3(711).S.71-78.
7. Katalog polikarbonatnykh izdeliy // URL: https://unikum-plastOrel.ru > catalog > policarbonat (data obrashcheniya 22.09.23).
8. RD-APK1.10.09.01-14 Metodicheskie rekomendatsii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu teplits i teplichnykh kombinatov dlya vyrashchivaniya ovoshchey i rassady (tabl.8). M.: FGBNU "Rosinformagrotekh",2014. 109 s.
9. SP 131.13330,2020 Stroitelnaya klimatologiya.
10.Tseny realizatsii prirodnogo gaza yuridicheskim litsam i individualnym predprinimatelyam na territorii Orlovskoy oblasti. Gazprom mezhregiongaz Orel // URL: http://www. Gazprom-mrg57.ru>realizacia (data obrashcheniya 12.09.23).
11. Informatsiya RBK // URL: https://www. rbc/ru (data obrashcheniya 22.09.23).
