CC BY
120
УДК: 628.88 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОБОГРЕВА ТЕПЛИЦ И.Ю. Шелехов, А.Ю. Седельникова
В статье представлен сравнительный анализ использования различных методов обогрева теплиц в условиях эксплуатации в Восточно-Сибирском регионе. Раскрыта актуальность применения обогрева для выращивания ранних овощей, приведены экономические показатели по различным системам. Показано, что для максимальной эффективности применения обогрева в теплицах необходимо использовать комбинированный метод обогрева и проводить дополнительные энергосберегающие мероприятия.
Ключевые слова: системы отопления; климат теплиц; водяное отопление; обогрев грунта.
EFFICIENCY ESTIMATION OF GREENHOUSE HEATING METHODS
I.Yu. Shelekhov, A.Yu. Sedelnikova
The article presents a comparative analysis of greenhouse heating methods in Eastern Siberia. The authors define the topicality of heating usage for growing rathe-ripes, provide economic indexes of different systems. The article states that the maximum efficiency requires using a combined heating method and assuming other energy-efficiency measures.
Key words: heating systems, greenhouse climate, water heating, soil heating.
Вопрос по надежному и экономичному обогреву (отоплению) теплиц был всегда актуален для населения нашей страны, а с эпохой экономических реформ для хозяйств, снабжающих города свежими овощами, стал более чем актуальным. Отопление теплиц, которое проектировалось в советские времена, стало экономически нецелесообразным, так как не вписалось в нынешние экономические рамки. Решение задачи обогрева теплиц для повышения экономической целесообразности выращивания ранних овощей для жителей г. Иркутска очень важен, так как дает возможность не только эксплуатировать теплицу практически круглый год, но и стать серьезным барьером, преграждающим поступление суррогатных овощей на городской рынок. Несмотря на то, что большинство населения не любит китайские овощи, все же их покупает. До сих пор претензии были к овощам, привезенным из самого Китая - большим, ярким и абсолютно безвкусным. Однако самым серьезным подозрением в их адрес было только их генетически модифицированное происхождение. Более серьезные обвинения выдвигаются в адрес овощей повседневного потребления, выращенные китайцами-нелегалами под Иркутском, которые выращены с большими дозами удобрений, значительная часть которых контрабандно привезена из Китая, и неизвестно, что они в себе содержат. Китайцы работают на своих плантациях незаконно, и неизвестно, какие удобрения вносят совершенно бесконтрольно, не соблюдая ни дозировки, ни сроков обработки. Искусственно создается нездоровая конкуренция на Иркутском рынке. Выращивая безвкусные и потенциально опасные для здоровья овощи, они далеко не цивилизованным способом ведут их продвижение на рынке. Например, очень часто, продавая зимой свои овощи, они выдают их за продукцию тепличных хозяйств или продукцию дачных участков. Население готово платить за качественный товар большую сумму, это сразу бросается в глаза на центральном рынке у павильона тепличного хозяйства «ИСКРА», но ассортиментом наши тепличные хозяйства серьезно уступают Китайским производителям. Жители Иркутска находятся в очень сложном состоянии, когда возникает поразительное несоответствие между внешним видом и вкусом. Это понятно в
отношении привозных овощей из Китая: их снимают с грядки еще зелеными, чтобы они дозревали в дороге, и поэтому они не успевают взять из земли необходимые питательные вещества и не приобретают своего естественного вкуса.
Если верить официальной статистике, то во всех овощеводческих и фермерских хозяйствах, включая садоводческие кооперативы и приусадебные участки, поставляющих овощи на стол среднестатистического жителя области, выращивается не более 150 000 тонн овощей в год. Это составляет не более 60 килограммов качественных овощей, которые теоретически попадают к каждому из нас на стол ежегодно. А это ровно в два раза меньше необходимого человеку годового запаса овощей. Но на практике люди вынуждены покупать более дешевые китайские овощи, еще больше недополучая овощных соков, микроэлементов и витаминов, ничем другим не восполняемых. То есть все мы находимся в положении первооткрывателей Сибири, ранее были экспедиции, которые гибли не от недостатка питания, а именно от недостатка витаминов. Так же китайцы широко используют стимуляторы роста, физиологически активные ростовые вещества. В Иркутске их не используют, поэтому ученые затруднились сказать, какой от них может быть вред. Но даже то, что растения вынуждают созревать гораздо быстрее отпущенного природой срока, нарушая циклы развития и накопления полезных веществ, конечно, не прибавляет им ни вкуса, ни пользы. Специалисты говорят, что стимуляторы роста заставляют растения давать неестественно большие плоды, в которых совсем нет фруктового сока, зато повышенное содержание клетчатки.
Поэтому, для увеличения ассортимента здоровой и полезной продукции, удовлетворения спроса населения нашего города, необходимо создавать тепличные хозяйства, которые могут поставлять овощи круглый год. При выборе системы обогрева теплицы, а их на сегодняшний день представлено очень много, можно и нужно исходить из нескольких определяющих факторов:
1. Здравый смысл и понимание потребности обогрева теплиц.
2. Поставленной задачи функционирования и эксплуатации теплиц.
3. Материально-финансовых возможностей.
4. Предпочтению к тому, или иному конкретному варианту обогрева теплиц.
Все растения нуждаются в постоянном тепле. Обеспечить тепло растениям в наши зимние морозы, и в не всегда теплое лето, является сложной задачей, но вполне выполнимой. Для выполнения этой задачи надо помнить, что каждое растение имеет свою среднюю температуру, для нормального развития и роста которого необходимо её поддерживать в теплице. Зная минимальную температуру в Вашей местности, можно просчитать необходимое количество энергии для повышения температуры в теплице на определенное значение. Так же можно определить необходимый температурный подъем, который нужен для достижения оптимальной температуры, необходимой для жизнедеятельности овощей.
Ни у кого нет сомнения, что растения, выращенные в теплице с обогревом, будут лучше расти, начнут быстрее созревать овощи, намного продлится сезон сбора урожая. Сомнения возникают в экономической целесообразности понесенных затрат на количество произведенного продукта. Наши натурные исследования показали, что в разные периоды времени созревания растений требуется и разный способ обогрева. Хорошо известен способ с использованием систем кабельного нагрева грунта в теплицах. Данный способ считается не очень затратным, но довольно эффективным, поэтому используется многими. Заключается он в закладке в грунт кабеля и ленты определенной мощности. Это можно сделать по всему периметру грядок, или даже заложить кабельную систему во внешние стены теплицы, что ограничит проникновение холода вовнутрь. Нагревательные кабели предназначены для преобразования электрического тока в тепло. Любой электрический кабель 1-3 %-й электроэнергии преобразует в тепло: в электрических кабелях - это недостаток, в нагревательных же - преобразование 100 %-го электрического тока в тепловую энергию было бы идеально. Нагревательные кабели (по внешнему виду) напоминают обычные коаксиальные проводники, которые используют для передачи телевизионного
сигнала. В продажу нагревательные кабели поступают в виде нагревательных секций фиксированной длины. Они рассчитаны на обогрев определенной площади, поэтому их нельзя ни укоротить, ни удлинить. Наши эксперименты показали, что подогрев грунта благоприятно сказывается на начальной стадии, когда идет выращивание рассады. В остальные периоды с движением температурных полей происходит движение влаги к верхним слоям грунта и у растений слабо развивается корневая система. Поэтому совместно с подогревателями грунта необходимо дополнительно осуществлять глубокое увлажнение почвы.
Для обогрева теплиц, в последнее время, применяются радиационные обогреватели. Использование излучающих обогревателей или инфракрасных (ИК) - панелей для обогрева теплиц приобрело широкую популярность. При помощи особого принципа обогрева, ИК обогреватели потолочные прогревают сначала землю (почву), а уже потом окружающий воздух, с помощью длинноволновых тепловых лучей. По сути, такой принцип обогрева является подобием естественного процесса «обогрева» нашей планеты солнцем. Нагретые тепловыми лучами поверхности отдают так называемое вторичное тепло окружающему воздуху. Таким образом, при лучистом отоплении не расходуется лишняя энергия на обогрев воздуха и это является его главным преимуществом.
Базовые радиационные обогреватели вырабатывают теплоту за счет электрического тока, проходящего по проводнику с высоким сопротивлением. При таком сопротивлении ток докрасна раскаляет открытую проволоку. В некоторых видах обогревателей проволока наматывается на керамическую трубку. В ИК-обогревателях проволока располагается в термостойкой трубке из кварцевого стекла, которая при нагреве начинает светиться.
Широко рекламируемый радиационный способ подогрева в теплицах тоже имеет существенные недостатки, о которых молчат производители. Так называемого эффекта «солнышка в теплице» можно достичь только при определенном температурном диапазоне на теплоизлучающей поверхности. В свою очередь эту температуру можно получить при определенной температуре окружающей среды, которую предварительно необходимо получить. Кроме этого, натуральное солнышко движется по небу и обогревает растение с разных сторон, а не установлено стационарно и не имеет свойства покрываться ржавчиной и продуктами испарения.
Наряду с «новыми» методами обогрева, широко используются метод «водяного» и «воздушного отопления». В воздушных системах отопления используют различные воздухонагреватели или теплогенераторы, осуществляющие нагрев воздуха сооружения. В качестве первичного вида энергии в таких устройствах используют разные виды энергии:
- тепловую (в виде пара или горячей воды);
- химическую (преобразуемую в тепловую при сгорании жидкого или газообразного топлива);
- электрическую энергию.
Как правило, воздухонагреватели имеют узел преобразования энергии и вентилятор с электроприводом, осуществляющий интенсивный съем тепла с узла преобразования за счет воздушного потока для небольших теплиц с хорошей изоляцией, которые отапливаются непостоянно или только для поддержания плюсовой температуры. Для этих целей подойдет тепличный вентилятор с хорошими показателями распределения тепла и безопасности.
При водяном отоплении циркулирующая нагретая вода охлаждается в отопительных приборах и возвращается в тепловой центр для последующего нагревания. Чтобы соорудить водяной обогрев, необходимо вдоль теплицы проложить металлические трубы, располагая их внутри сооружения вдоль стен. Горячая вода будет попадать в трубы из бойлера, нагретого за счет электроэнергии или сжигания твердого топлива. Котел устанавливайте за пределами теплицы. Таким образом, вы не допустите попадания дымовых газов внутрь сооружения.
Многолетний опыт использования таких систем показал их низкую экономическую рентабельность, так как в случае с «водяным» отоплением требуются большие капиталь-
ные затраты, которые из-за эксплуатации во влажной атмосфере имеют ограниченный срок службы, а из-за высокой инерционности параметры микроклимата создаются со значительной задержкой, что приводит к перерасходу тепловой энергии. В случае с «воздушным» отоплением возникают проблемы при смене генерирующего теплоту источника, сложно осуществить необходимую циркуляцию воздушного потока и возникают дополнительные тепловые потери, так как любое вынужденное движение увеличивает коэффициент теплоотдачи.
Также для подогрева применяют твердотопливные генераторы длительного горения. Неплохой альтернативный вариант, особенностью которого является значительная экономия и возможность использования разнообразных энергоносителей. Возможно отопление теплиц дровами, углем, газом и так далее. Недостатком подобных систем считается высокий уровень нагрева стенок печи, поэтому достаточно часто специалисты рекомендуют применять более безопасные и неоднократно проверенные варианты, такие как отопление теплиц булерьяном, еще одним недостатком считается выделение опасных газов при сжигании топлива, поэтому необходимо правильно выбирать место для монтажа данной системы.
Хотя, возможна действительно ощутимая экономия даже при подобных показателях, например, если печное отопление теплицы используется в комплексе с другими видами отопления или теплица построена для собственных нужд. Экономии применения печей или котлов длительного горения заключается в использовании более дешевого топлива, но необходимо стараться не потерять коэффициент полезного действия. Принцип действия печного отопления заключается в следующем: горячие газы проходят по дымоходу, в результате в его стенках аккумулируется тепловая энергия, которая затем нагревает воздух в теплице. Существуют и более сложные системы сжигания твердого топлива, такие как котлы с автоматическим регулятором температуры (для обеспечения безопасной работы системы отопления). Но такие котлы имеют более высокую цену, и нуждаются в особых условиях монтажа и эксплуатации.
Твердотопливные теплогенераторы и печи длительного горения, предназначенные для систем воздушного отопления, не могут обеспечить стабильного температурного баланса, при этом, не смотря на внушительные размеры, имеют низкий коэффициент тепло-производительности.
Для создания тепла в теплице приходится инвестировать в теплицу большие материальные и временные ресурсы, кроме этого необходимо вкладывать средства обеспечения безопасности. Следует позаботиться о дополнительном варианте обогрева при выходе основного способа из строя, или в случае возникновения форс-мажорных обстоятельств (например, отключили электричество или воду). Климатические особенности нашего региона, где в период с октября по март диапазон температур в среднем может колебаться от +7 оС до -20 оС и достигать экстремальных значений до -40 оС не позволяют халатно относиться к вложенным средствам. Тем более, что средняя цена на системы по нашим расчетам составляет: применение кабельного нагрева составляет - от 900-1500 руб./м2; покупка радиационного обогревателя обойдется - 1900- 3500 руб./ шт.; установка в теплицы систем водяного и воздушного отопления самая дорогостоящая, она составляет примерно от 3000 руб./м 2 и т. д.; котлы длительного горения могут оцениваться от 4900-8500 руб./шт.
Из приведенных данных видно, что необходимо вести дальнейшие работы по созданию комбинированных энергосберегающих систем для обогрева теплиц. При этом необходимо использовать автоматизированные системы управления, так как в зависимости от вида овощей и времени их созревания требуются различные параметры микроклимата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шишко Г.Г., Потапов В.А., Злобин Л.Л. Отопление и вентиляция теплиц. Киев : Изд-во Будівельник, 1984. 112 с.
2. Отопительные приборы и поверхности : учеб.-практ. пособие: М. : «Аква-Терм»,
2012.
3. Защита растений в тепличном хозяйстве : журн., информ.-справ. изд-е для специалистов. М. : Изд-во АгроРус, 2008. № 6.
Информация об авторах
Шелехов И.Ю., кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство», тел.: (3952) 40-54-74, e-mail: promteplo@yandex.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Седельникова А.Ю., магистрант кафедры «Г ородское строительство и хозяйство»; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Shelekhov I.Yu., candidate of technical sciences, associate professor, Urban development and economy, tel.: (3952) 40-54-74, e-mail: promteplo@yandex.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Sedelnikova A.Yu., candidate for a master's degree, Urban development and economy; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
